Zastosowanie nanoskalowych skał ofiolitowych do wychwytywania i sekwestracji CO2
Fragmenty skorupy oceanicznej i górnego płaszcza – czyli inaczej ofiolity – zostały wypiętrzone w wyniku wystąpienia aktywności tektonicznej i wyrzucone na krawędź kontynentów bądź włączone w łańcuchy górskie. W projekcie CO2NOR (Carbon dioxide storage in nanomaterials based on ophiolitic rocks and utilization of the end-product carbonates in the building industry) skupiono się na skałach ofiolitowych pochodzących z gór Troodos – największego pasma górskiego na Cyprze. „Ofiolity z gór Troodos to jeden z najlepiej zachowanych zespołów na świecie” – mówi dr Ioannis Rigopoulos odbywający staż podoktorski na Uniwersytecie Cypryjskim. „Są one najbliższe pełnej sekwencji ofiolitowej, która składa się, od dołu do góry, z wyraźnie oddzielonych warstw skał ultramaficznych, maficznych, hipoabisalnych i wylewnych”. To właśnie z powodu tej sekwencji skały ofiolitowe są tak cenne dla naukowców zajmujących się procesami sekwestracji CO2. Jak wyjaśnia dr Rigopoulos: „W wyniku reakcji zachodzących między tymi skałami a CO2 powstają (w procesie tzw. mineralnej karbonatyzacji) minerały węglanowe stabilne w skali geologicznej. Dzięki temu wykorzystanie metody mineralnej karbonatyzacji do sekwestracji pozwala uniknąć ryzyka ucieczki dwutlenku węgla z powrotem do atmosfery. Dodatkowe zalety ofiolitów, jakimi są powszechna dostępność oraz niski koszt badań litologicznych, sprawiają, że skały te są wręcz niezbędne do walki z globalnymi zmianami klimatu”. W tym celu zespół CO2NOR przygotował surowce do produkcji nowych nanomateriałów, rozdrabniając skały ultramaficzne i maficzne w procesie mielenia kulowego, w którym materiał rozcierany jest na ultradrobny proszek. Zmniejszając rozmiar cząstek skał ofiolitowych do nanoskali, dr Rigopoulos i jego zespół chcieli przyspieszyć reakcje zachodzące pomiędzy skałami ultramaficznymi/maficznymi a CO2, a w szczególności naturalne procesy pozwalające kontrolować stężenie CO2 w atmosferze w geologicznej skali czasu. „Nasze badania wyraźnie dowodzą, że możemy znacząco zwiększyć zdolność skał ultramaficznych i maficznych do wiązania dwutlenku węgla, zmniejszając rozmiar cząstek tych skał do nanoskali” – twierdzi dr Rigopoulos. „Ofiolity występują w dużych ilościach niemal na każdym kontynencie, uważamy więc, że stworzoną przez nas metodą sekwestracji można rocznie wychwytywać i magazynować olbrzymie ilości CO2 emitowanego do atmosfery”. Aby podkreślić zrównoważony charakteru tego procesu, badacze z Uniwersytetu Cypryjskiego przeprowadzili szereg doświadczeń z użyciem odpadów z kamieniołomów działających w górach Troodos. „Jak dotąd przeprowadziliśmy ponad 100 eksperymentów polegających na mieleniu kulowym różnych skał i odpadów skalnych, zaś na podstawie uzyskanych wyników zidentyfikowaliśmy optymalne parametry mielenia dla każdej z tych skał. Rezultaty doświadczeń wskazują, że do mineralizacji ex situ CO2 można wykorzystywać również zmielone odpady z kamieniołomów wydobywających ofiolity” – objaśnia dr Rigopoulos. Od materiałów budowlanych nowej generacji po geoinżynierię Uzyskane w stworzonym przez badaczy procesie nanomateriały zostały następnie wykorzystane do produkcji przyjaznych dla środowiska, nanomodyfikowanych materiałów budowlanych. Te kompozytowe materiały – zaprawy wapienne wzbogacone zmielonymi do rozmiaru nano materiałami odpadowymi z kamieniołomów – posiadają ulepszone właściwości fizyczne oraz większą zdolność do sekwestracji CO2, co, jak ma nadzieję dr Rigopoulos, przyciągnie zainteresowanie przemysłu budowlanego – jednego z największych emitentów CO2. Nanomateriały powstałe z odpadów z kamieniołomów mogą zastąpić spoiwo wapienne, którego produkcja odpowiada za większą część szkodliwych emisji. Jednak dr Rigopoulos i jego zespół nie zamierzają na tym poprzestać. „Wraz z naszym partnerem – francuskim Krajowym Centrum Badań Naukowych (CNRS) – wykonaliśmy wiele doświadczeń z zakresu nowych dziedzin, jakimi są geoinżynieria i inżynieria klimatu polegające na wielkoskalowej zmianie środowiska naturalnych systemów Ziemi celem przeciwdziałania zmianom klimatycznym. Rezultaty tych eksperymentów są bardzo obiecujące”. W szczególności zespół oszacował potencjalny spadek poziomu CO2 w atmosferze, przeprowadzając przyspieszone wietrzenie nanoskalowych perydotytów i bazaltów z użyciem wody morskiej. Wyniki badań dowiodły, że mielenie kulowe znacznie zwiększa tempo wietrzenia perydotytów w środowisku morskim, przyczyniając się tym samym do trwałego magazynowania CO2 w postaci obojętnych dla środowiska minerałów węglanowych. „Warto zauważyć, że w procesie przyspieszonego wietrzenia dwutlenek węgla jest usuwany bezpośrednio z atmosfery, co oznacza, że wychwytywanie i magazynowanie odbywają się równocześnie na tym samym etapie. W takim układzie magazynem CO2 jest ocean pokrywający ponad 70% powierzchni Ziemi. Dodatkowo przyspieszone wietrzenie nanoskalowych perydotytów w wodzie morskiej może pomóc w walce z zakwaszeniem oceanów niezwykle szkodliwym dla ekosystemów morskich” – podkreśla dr Rigopoulos. Uczeni z Uniwersytetu Cypryjskiego mają nadzieję kontynuować prace w tym zakresie i zwiększyć swoją wiedzę na temat nanoskalowych materiałów skalnych. Wiąże się to z koniecznością dalszych badań nad wydajnością proponowanej metody sekwestracji dwutlenku węgla w dłuższej perspektywie oraz wpływu sekwestracji na organizmy morskie.
Słowa kluczowe
CO2NOR, ofiolity, mielenie kulowe, nanomateriały, CCS, skały ofiolitowe, góry Troodos, ultramaficzny, maficzny, CO2, sekwestracja dwutlenku węgla, odpady z kamieniołomów, przemysł budowlany, inżynieria klimatu, geoinżynieria, perydotyty, organizmy morskie
