Vědci odhalili, jak vulkanické horniny proměňují CO2 na kámen pod zemí

Nový výzkum z MIT pomocí rentgenových paprsků detailně zkoumá proces ukládání oxidu uhličitého do bazaltu. Zjištění pomáhají lépe navrhovat podzemní systémy pro zachycování uhlíku a efektivněji bojovat proti klimatickým změnám.

Zachycování a ukládání oxidu uhličitého je klíčové pro zmírnění nejhorších dopadů klimatických změn. Vědci odhadují, že do konce století bude nutné zachytit a bezpečně uložit miliardy tun průmyslového CO2. Jednou z nadějných strategií je ukládání tohoto plynu do hornin pod zemí. Když CO2 bohatá tekutina protéká určitými typy hornin, chemické reakce mohou uhlík přeměnit na pevné minerály. Tento proces, známý jako mineralizace uhlíku, dokáže uhlík uzamknout pod zemí na miliony let.

Jak horniny reagují na CO2

Vědci se však stále snaží pochopit, jak se horniny během tohoto procesu mění. Nová studie z Massachusetts Institute of Technology (MIT) nabízí podrobnější pohled. Výzkumníci vpravili tekutiny do vzorků bazaltu a pomocí rentgenového zobrazování sledovali, jak tvorba minerálů přetváří vnitřní strukturu horniny. Jejich zjištění byla publikována v odborném časopise AGU Advances. Bazalt, vulkanická hornina nacházející se například na Islandu a Havaji, je pro ukládání uhlíku velmi zajímavý. Čerstvý bazalt obsahuje mnoho pórů, prasklin a trhlin, které umožňují tekutinám protékat. Hornina také obsahuje železo, vápník a hořčík, které v reakci s CO2 bohatou tekutinou mohou tvořit uhličitanové minerály, jako je kalcit nebo dolomit. Jakmile se uhlík přemění na tyto minerály, stane se efektivně kamenem.

Pilotní projekty a nové poznatky

Pilotní projekty již ukazují potenciál této metody. Na Islandu například společnost CarbFix vstřikuje CO2 bohatou vodu do podzemních bazaltových formací. Projekt prokázal, že více než 95 % vstříknutého CO2 se může během dvou let přeměnit na minerály. Výzkumníci však stále zkoumají, jak se samotné horniny vyvíjejí s narůstající mineralizací. "Většina studií zkoumajících mineralizaci uhlíku se zaměřovala na optimalizaci geochemie, ale my jsme chtěli vědět, jak mineralizace ovlivní skutečné rezervoárové horniny," uvedl jeden z autorů studie Matěj Peč. Tým z MIT provedl laboratorní experimenty s bazaltovými vzorky z Islandu. Horniny umístili do speciálního držáku napojeného na trubice, kterými protékaly minerály tvořící tekutiny. Místo replikace všech fází přirozeného ukládání uhlíku výzkumníci urychlili krok mineralizace smícháním dvou tekutin, které rychle vytvořily uhličitanové minerály. Experimenty probíhaly uvnitř CT skeneru, podobného těm, které se používají v nemocnicích pro lékařské zobrazování. Skener po několik dní a týdnů zachycoval detailní 3D snímky bazaltu. Tyto snímky ukázaly, jak se póry, praskliny a trhliny měnily s tím, jak se uvnitř horniny tvořily minerály.

Vliv na propustnost hornin

Experimenty ukázaly, že tvorba minerálů rychle snižovala propustnost horniny, tedy to, jak snadno jí tekutiny procházejí. Porozita se však změnila mnohem méně. I po dlouhých experimentech se minerály vyplnilo pouze asi 5 % původního objemu pórů. "Naše zjištění naznačují, že minerály se zpočátku tvoří ve velmi malých mikroskopických trhlinách, které spojují větší pórovité prostory, a ucpávají je," vysvětlil spoluautor Jonathan Simpson. "Není potřeba mnoho k ucpání drobných mikroskopických trhlin, ale když se to stane, propustnost se výrazně sníží." Navzdory tomuto snížení tekutiny horninou stále proudily a minerály se dále tvořily. "Pokud byste vstřikovali CO2 do zemské kůry a zaznamenali masivní pokles propustnosti, někteří operátoři by si mohli myslet, že ucpali vrt," dodal Simpson. "Ale jak tato studie ukazuje, v některých případech to nemusí tolik vadit. Pokud udržujete určitou rychlost průtoku, můžete stále tvořit minerály a sekvestrovat uhlík." Vědci se domnívají, že tato zjištění mohou pomoci inženýrům lépe navrhovat podzemní systémy pro ukládání uhlíku. "Tato studie poskytuje informace o tom, co se s horninou děje během tohoto složitého procesu mineralizace, což by vám mohlo dát nápady, jak ji inženýrsky ovlivnit ve váš prospěch," uzavřel Peč.