கனிமப் பொறி மூலம் கார்பன் பிடிப்பு மாதிரி செய்தல்

மக்னீசியம் கார்பனேட்டின் கட்டமைப்பில் வெப்பநிலையின் தாக்கத்தை ஆய்வு செய்ய, சுகுபா பல்கலைக்கழக விஞ்ஞானிகள், சின்க்ரோட்ரான் எக்ஸ்ரே சிதறல்(synchrotron X-ray scattering) மற்றும் குவாண்டம் கணினி மாதிரி உள்ளிட்ட அதிநவீன சோதனைகளைப் பயன்படுத்தினர். இந்த வேலை, காலநிலை மாற்றத்தை எதிர்ப்பதற்கான ஒரு வழியாக பாறைகளுக்குள் கார்பன் டை ஆக்சைடைப் பூட்டக்கூடிய மிகவும் திறமையான கார்பன் பிடிப்பு தொழில்நுட்பங்களுக்கு வழிவகுக்கும்.

மானுடவியல் காலநிலை மாற்றத்தின் முதன்மை இயக்கிகளில் ஒன்று, புதைபடிவ எரிபொருட்களை எரிப்பதால் வளிமண்டலத்தில் அதிகப்படியான கார்பன் டை ஆக்சைடு (CO₂) வாயு ஆகும். இந்த CO₂ சூரியனில் இருந்து புலப்படும் ஒளியை பூமியை அடைய அனுமதிப்பதன் மூலம் கிரகத்தின் சூரிய ஆற்றல் உள்ளீடு மற்றும் வெளியீட்டின் சமநிலையை மாற்றுகிறது. ஆனால் சில கதிர்வீச்சு அகச்சிவப்பு ஆற்றல் வெளியேறுவதைத் தடுக்கிறது. கார்பன் பிடிப்புக்கான பல அணுகுமுறைகள் முன்மொழியப்பட்டுள்ளன. ஆனால் பெரும்பாலானவை நடைமுறைக்கு மாறானவை அல்லது காலப்போக்கில் கரியமில வாயு வெளியேறும் வாய்ப்புகள் உள்ளன. சுற்றுச்சூழலில் இருந்து அதை நிரந்தரமாக அகற்றும் ஒரு தீர்வு, புவி வெப்பமடைதலின் தீவிரத்தை குறைக்க ஒரு விலைமதிப்பற்ற கருவியாக இருக்கும்.

இப்போது, ​​சுகுபா பல்கலைக்கழகத்தின் விஞ்ஞானிகள் குழு கனிமப் பொறி மூலம் கார்பன் பிடிப்பு என்ற கருத்தை மேம்படுத்துவதில் பணியாற்றியுள்ளது. இந்த அணுகுமுறையில், கார்பன் டை ஆக்சைடு வாயு ஒரு பாறை படிகத்தின் ஒரு பகுதியாக அல்லது மெக்னீசியம் கார்பனேட் ஹைட்ரேட்டுகள் போன்ற தூள் படிவு செய்யப்படுகிறது. “பூமியின் மேலோட்டத்தில் உள்ள மொத்த கார்பனில் 70 சதவிகிதத்திற்கும் அதிகமானவை கார்பனேட்டுகளின் வடிவத்தில் உள்ளன” என்று ஆசிரியர் பேராசிரியர் அட்சுஷி கியோனோ விளக்குகிறார். நீரேற்றப்பட்ட தாதுக்களின் படிக அமைப்பு இணைக்கப்பட்ட நீர் மூலக்கூறுகளின் அளவைப் பொறுத்து மாறுபடும், இது வெப்பநிலையைப் பொறுத்தது. எடுத்துக்காட்டாக, நீரின் உள்ளடக்கம் அதிகரிக்கும் போது நெஸ்கிஹோனைட் (MgCO₃·3H₂O) வடிவம் ஹைட்ரோமேக்னசைட் [Mg₅(CO₃)₄(OH)₂·4H₂O] ஆகலாம். இந்த கட்டமைப்புகள் குறிப்பிடத்தக்க வகையில் வேறுபட்ட பண்புகளைக் கொண்டிருக்கலாம். நெஸ்கிஹோனைட்டில் உள்ள நீர் மூலக்கூறுகள் ஹைட்ரஜன்-பிணைப்பு வலையமைப்பால் மிகவும் ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்டுள்ளன. மாறாக, ஹைட்ரோமேக்னசைட் கட்டமைப்பில் எந்த பிணையமும் இல்லை.

படிக மெக்னீசியம் கார்பனேட் ஹைட்ரேட் பொருட்களின் முன்னோடியான உருவமற்ற மெக்னீசியம் கார்பனேட் (AMC- amorphous magnesium carbonate) மீது வெப்பநிலையின் தாக்கத்தை ஆய்வு செய்ய, குழு சின்க்ரோட்ரான் எக்ஸ்ரே சிதறல் மற்றும் குவாண்டம் இரசாயன கணக்கீடுகள் உள்ளிட்ட மேம்பட்ட ஆய்வக முறைகளைப் பயன்படுத்தியது. “குறுகிய தூர வரிசை வெப்பநிலையுடன் சிறிது மாற்றியமைக்கப்பட்டிருப்பதை நாங்கள் கண்டறிந்தோம், ஆனால் AMC -இன் நடுத்தர வரம்பு வரிசை மாறாமல் இருந்தது” என்று பேராசிரியர் கியோனோ விளக்குகிறார். எளிதில் பெறக்கூடிய சில முன்னோடிப் பொருட்களின் இயற்பியல் பண்புகளை வெப்பநிலையால் மாற்றியமைக்க முடியும் என்பதை வெளிப்படுத்துவதன் மூலம் கார்பன் பிடிப்பு முறைகளில் பணிபுரியும் விஞ்ஞானிகளுக்கு கூடுதல் சூழலை வழங்க இந்த ஆராய்ச்சி உதவுகிறது.

References:

• Wu, H., Jayne, R. S., Bodnar, R. J., & Pollyea, R. M. (2021). Simulation of CO2 mineral trapping and permeability alteration in fractured basalt: Implications for geologic carbon sequestration in mafic reservoirs. International Journal of Greenhouse Gas Control, 109, 103383.
• Mitchell, A. C., Dideriksen, K., Spangler, L. H., Cunningham, A. B., & Gerlach, R. (2010). Microbially enhanced carbon capture and storage by mineral-trapping and solubility-trapping. Environmental science & technology, 44(13), 5270-5276.
• Stauffer, P. H., Keating, G. N., Middleton, R. S., Viswanathan, H. S., Berchtold, K. A., Singh, R. P., & Mancino, A. (2011). Greening coal: breakthroughs and challenges in carbon capture and storage.
• Soong, Y., Goodman, A. L., McCarthy-Jones, J. R., & Baltrus, J. P. (2004). Experimental and simulation studies on mineral trapping of CO2 with brine. Energy Conversion and Management, 45(11-12), 1845-1859.