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矿物碳酸化用于二氧化碳封存

2000
无机化学中二氧化碳封存的矿物碳化实验室实验。.

(图片仅供参考)

一个 化学过程 它模拟天然岩石风化过程,永久储存二氧化碳。该技术涉及二氧化碳与含有金属氧化物的矿物(例如氧化镁 (MgO) 和氧化钙 (CaO))发生反应,形成稳定的碳酸盐矿物,例如菱镁矿 (MgCO₃) 和方解石 (CaCO₃)。 方法 提供非常安全、长期的存储,泄漏风险低。

Mineral carbonation is considered one of the safest methods for long-term 碳封存 because it binds CO2 into a thermodynamically stable solid state, similar to how carbon is stored over geological timescales. The core chemical reactions are exothermic. For example, the carbonation of olivine (magnesium silicate) can be represented as: [latex]Mg_2SiO_4 (s) + 2CO_2 (g) \rightarrow 2MgCO_3 (s) + SiO_2 (s)[/latex].

该工艺可以“异地”或“原地”进行。在“异地”工艺中,合适的岩石(如橄榄石或蛇纹石)或工业废料(如钢渣)被开采、破碎,并在受控的工业设施中与二氧化碳发生反应。主要的挑战在于常温常压下缓慢的反应动力学。为了加速反应,矿物通常需要进行高能耗的预处理,例如细磨或加热,这会造成巨大的能耗损失并增加成本。

相比之下,原位矿物碳化是将二氧化碳(通常溶于水以生成碳酸)注入地下活性岩层(例如玄武岩)。碳酸溶解岩石,释放出金属离子(Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺),这些金属离子随后与碳酸氢盐反应,在岩石孔隙中沉淀为碳酸盐矿物。冰岛的CarbFix项目已成功验证了这种方法,结果表明,注入的二氧化碳超过95%可在不到两年的时间内矿化,速度远超最初的预期。

UNESCO Nomenclature: 2401
- 化学

类型

化学过程

中断

递增

用法

新兴技术

前体

  • 了解化学热力学和反应动力学
  • 地球化学和自然岩石风化循环知识
  • 矿物研磨和加工的工业过程
  • 高压化学反​​应器的开发
  • 碳酸盐岩形成研究

应用程序

  • 生产碳负混凝土和建筑骨料
  • 钢渣和尾矿等工业废物的处理
  • 玄武岩层中的原位碳化项目(例如冰岛的Carbfix项目)
  • 开发通过吸收二氧化碳固化的新型建筑材料

专利:

NA

潜在创新理念

  • 通过基因工程改造微生物,使其产生加速矿物溶解的酶
  • 利用太阳热能对异地工厂的矿物进行预处理
  • 开发用于处理农业和林业废灰的移动矿物碳酸化装置
  • 利用工业渣制造自碳化道路铺路材料
  • 利用矿物碳化来修复和稳定矿山尾矿中的有毒重金属
  • 利用碳酸盐材料设计人工珊瑚礁,以支持海洋生物
  • integrating mineral carbonation into 海水淡化 plant waste streams
  • developing a consumer product line of ‘carbon-eating’ decorative stones for landscaping
  • 使用 纳米技术 to create highly reactive mineral surfaces for faster carbonation
  • 创建一个闭环系统,利用捕获的二氧化碳制造水泥,并在水泥报废时进行回收
相关术语:矿物碳化、增强风化、碳矿化、橄榄石、蛇纹石、方解石、菱镁矿、异位、原位、碳固定。

历史背景

1990
1990
1997
2000
1990
1990
1997
2000
2008

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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