橡树岭国家实验室对用于碳捕集的氧化镁的研究表明，由于表面层的形成，吸收率会随着时间的推移而减慢，这对经济可行性提出了挑战，并为未来以解决方案为重点的研究提供了指导。氧化镁是一种很有前景的材料，可直接从大气中捕获二氧化碳并将其注入地下深处，以限制气候变化的影响。然而，要使这种方法经济实用，就必须发现二氧化碳的吸收速度以及环境条件如何影响相关的化学反应。

在一种拟议的碳捕集方法中，地面上的氧化镁晶体与周围空气中的二氧化碳分子结合，形成碳酸镁。然后加热碳酸镁，使其重新转化为氧化镁，并释放出二氧化碳，将其置于地下或封存起来。资料来源：Adam Malin/ORNL，美国能源部

美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）的科学家们分析了一组暴露在大气中长达几十年的氧化镁晶体样本，以及暴露在大气中数天至数月的另一种氧化镁晶体样本以测定反应速度。他们发现，由于氧化镁晶体表面形成的反应层，二氧化碳在较长时间内的吸收速度较慢。

"这种反应层是不同固体的复杂混合体，限制了二氧化碳分子找到新鲜氧化镁进行反应的能力。为了使这项技术经济实用，我们现在正在研究克服这种铠甲效应的方法，"该项目的主要研究人员、ORNL 的朱利安-韦伯（Juliane Weber）说。"如果我们能做到这一点，这个过程也许就能实现碳负能源地球射击的目标，即以每公吨二氧化碳不到100美元的价格从空气中捕获千兆吨级的二氧化碳。"

之前的大部分研究旨在了解氧化镁和二氧化碳发生化学反应的速度，这些研究依赖于粗略的计算，而不是材料测试。ORNL 的研究标志着首次进行了长达数十年的测试，以确定长时间范围内的反应速度。研究人员利用 ORNL 纳米材料科学中心（CNMS）的透射电子显微镜发现，反应层已经形成。该层由各种复杂的结晶和无定形水合相和碳酸盐相组成。

ORNL 的研究人员维塔利-斯塔琴科（Vitaliy Starchenko）说："此外，通过进行一些反应传输模型计算机模拟，我们确定随着反应层的形成，它能更好地阻止二氧化碳找到新的氧化镁发生反应。因此，我们正在研究如何绕过这一过程，让二氧化碳找到新的表面与之发生反应。"

计算机模拟有助于科学家和工程师了解反应层是如何演变的，以及随着时间的推移，物质在其中移动的方式是如何变化的。通过计算机模型，可以预测材料科学和地球化学等自然和工程系统中材料的反应和移动。

编译来源：ScitechDaily