Proses Pelapukan Alami yang Ditingkatkan Meningkatkan Penyimpanan CO2

Para ilmuwan harus mengatasi tantangan lingkungan yang serius jika dunia ingin mencapai target netralitas karbon pada tahun 2050. Sejak Revolusi Industri, polusi buatan manusia telah meningkat ke tingkat baru, merusak ekosistem sensitif dan kesehatan serta mengubah pola cuaca. Salah satu metode untuk melawan perubahan iklim ini yang dapat mengurangi dampak lingkungan adalah penyimpanan CO2. Namun, terdapat banyak faktor pembatas.

Syukurlah, ilmuwan Stanford telah memperkenalkan metode baru untuk menjebak dan menyimpan CO2 yang terinspirasi dari metode produksi beton kuno. Solusi yang sangat efektif dan berbiaya rendah ini dapat merevolusi industri dan membantu mencegah kerusakan lingkungan lebih lanjut. Berikut yang perlu Anda ketahui.

Penangkapan CO2

Secara khusus, Bumi memiliki cara yang sangat efektif untuk menangkap CO2. Melalui proses pelapukan, mineral mengubah komposisi kimianya selama ribuan tahun, secara perlahan menyerap CO2 sepanjang perjalanan mereka.
Secara khusus, mineral silikat kaya Mg di Bumi bereaksi dengan air dan CO2 atmosfer. Reaksi kimia ini menyebabkan pertukaran ion, menghasilkan ion bikarbonat dan mineral karbonat padat. Kedua mineral ini memberikan penyerapan CO2 yang sangat baik.

Pelapukan Membutuhkan Waktu Lama

Proses pelapukan bekerja dengan baik jika Anda memiliki milenium untuk menunggu proses selesai. Namun, umat manusia berada pada jadwal yang lebih ketat, karena ada kebutuhan mendesak untuk melawan risiko gas rumah kaca dan emisi lainnya. Oleh karena itu, banyak penelitian telah diarahkan untuk menangkap CO2 melalui metode lain.

Mineral Terpelapukan

Solusi Penyimpanan CO2 Buatan Manusia

Sejak tahun 1990-an, telah terjadi kemajuan signifikan dalam sektor penangkapan karbon. Para ilmuwan telah menciptakan beberapa metode untuk mencegah karbon melarikan diri ke atmosfer. Di antara teknik-teknik ini, metode penangkapan udara langsung adalah yang paling maju. Perangkat ini menggunakan kipas besar untuk mendorong udara melalui portal yang mendukung reaksi kimia, mengubah karbon menjadi bahan kimia yang kurang berbahaya atau menghilangkannya dari udara sepenuhnya.

Masalah pada Sistem Penyimpanan CO2 Saat Ini

Ada beberapa kelemahan pada metode penangkapan CO2 saat ini. Pertama, sistem penangkapan udara langsung mahal untuk diproduksi, dipelihara, dan diintegrasikan. Biaya tambahan ini membuatnya tidak praktis bagi banyak bisnis dan aplikasi. Selain itu, mereka memerlukan banyak energi, yang semakin meningkatkan biaya operasional sistem tersebut. Syukurlah, situasi ini akan segera berubah.

Studi Penyimpanan CO2

Sebuah tim ilmuwan Stanford baru-baru ini menerbitkan “Thermal Ca2+/Mg2+ exchange reactions to synthesize CO2 removal materials” dalam jurnal ilmiah Nature. Studi tersebut meneliti pembuatan proses kimia baru yang mengaktifkan mineral silikat inert melalui reaksi pertukaran ion.

Teknik Pelapukan Ditingkatkan

Tujuan studi ini adalah menunjukkan bagaimana, dengan penggunaan panas dan mineral pilihan, proses pelapukan dapat dipercepat dari abad menjadi jam. Tim memulai penelitian mereka dengan memanaskan kalsium oksida bersama mineral yang mengandung ion magnesium dan silikat.
Pemanasan terkontrol memungkinkan silikat bergetar dan menukar ion, menghasilkan dua mineral yang sangat menyerap CO2, yaitu magnesium oksida dan kalsium silikat. Mineral yang sangat reaktif ini menangkap dan menyimpan karbon atmosfer pada kecepatan yang ribuan kali lebih cepat dibandingkan struktur sebelumnya.

Inspirasi

Menariknya, inspirasi untuk penelitian revolusioner ini berasal dari metode pencampuran beton kuno. Proses tersebut mengharuskan pekerja memanaskan kalsium oksida hingga 1.400 derajat dalam tungku. Dari sana, pembangun kuno akan mencampurkan pasir. Namun, untuk tujuan mereka, peneliti mengubah langkah ini.
Sebaliknya, tim mencampurkan kalsium oksida dengan mineral lain yang mengandung ion magnesium dan silikat untuk menghasilkan magnesium oksida dan kalsium silikat. Secara khusus, tim bereksperimen dengan berbagai mineral, termasuk olivin, serpentin, dan augit. Semua pilihan ini terbukti efektif.

Uji Penyimpanan CO2

Kimiawan Universitas Stanford menguji reaktivitas mineral baru dalam kondisi suhu ruangan. Pengujian melibatkan penggunaan CO2 murni dan lingkungan terbuka. Pengujian melibatkan paparan kalsium silikat dan magnesium oksida ke udara terbuka untuk mencatat reaktivitas pada suhu ruangan. Hasilnya sangat mengesankan.

Hasil Pengujian

Para insinyur senang melihat bahwa CaCO3 dan CaSO4 bereaksi secara kuantitatif dengan berbagai silikat kaya Mg. Ketika terpapar air dan CO2 murni, sampel yang dipelapukan di laboratorium menyerap CO2 dengan laju yang belum pernah terjadi sebelumnya. Secara khusus, kalsium silikat dan magnesium oksida hanya membutuhkan dua jam untuk menyelesaikan ekstraksi CO2 mereka.

Uji Udara Terbuka

Untuk menguji material baru dalam lingkungan yang lebih realistis, tim melakukan uji udara terbuka. Mereka menggunakan sampel basah kalsium silikat dan magnesium oksida pada tahap ini. Mineral tersebut terbukti berfungsi sesuai rencana. Penyerapan CO2 mereka lebih lambat karena konsentrasi CO2 jauh lebih rendah dibandingkan uji CO2 murni, namun masih jauh lebih efektif daripada opsi alami.

Manfaat Studi Ini

Ada banyak alasan mengapa perusahaan ingin memanfaatkan data ini untuk meningkatkan lingkungan mereka. Pertama, ini adalah solusi yang lebih terjangkau dibandingkan penangkapan karbon langsung. Proses ini mengambil satu mineral reaktif dan menghasilkan dua mineral yang dirancang khusus untuk menghilangkan CO2 tanpa bagian yang bergerak, menambah keandalannya.

Energi Rendah

Para insinyur mencatat bahwa desain tungku yang sama digunakan untuk membuat semen merupakan metode ideal untuk memproduksi mineral baru. Pendekatan ini membutuhkan kurang dari setengah energi yang digunakan oleh opsi penangkapan udara langsung terkemuka. Secara khusus, diperlukan -1 MWh per ton CO2 yang dihilangkan, menjadikannya solusi cerdas untuk kebanyakan aplikasi.

Aksesibel

Studi ini dianggap oleh banyak orang sebagai pengubah permainan karena kemudahan akses ke material yang diperlukan untuk membuatnya berfungsi. Saat ini, ilmuwan memperkirakan terdapat 100.000 gigaton cadangan olivin dan serpentin. Selain itu, tim mencatat bahwa ada lebih dari 400 juta ton limbah tambang dengan silikat yang cocok yang dihasilkan di seluruh dunia. Pilihan ini menyediakan material yang lebih dari cukup untuk mengatasi masalah CO2 manusia.
Selain itu, karena material ini dapat dibuat dalam tungku standar, tidak ada hambatan teknis besar yang harus diatasi. Penyiapannya mudah, dapat dipindahkan dan diintegrasikan dengan upaya minimal, serta menggunakan alat, mineral, dan pengetahuan yang mudah didapat. Selain itu, tungku semen beroperasi selama puluhan tahun, mengurangi biaya pemeliharaan.

Dapat Diskalakan

Manfaat utama lain dari studi ini adalah memperkenalkan opsi yang dapat diskalakan untuk penyimpanan CO2 industri. Sistem penangkapan udara langsung memerlukan banyak penyesuaian untuk diintegrasikan, dan biayanya dapat membuatnya tidak terjangkau bagi banyak produsen saat ini.
Metode pelapukan yang ditingkatkan menyediakan alternatif yang dapat diskalakan yang dapat berkembang untuk memenuhi kebutuhan sektor industri global. Menariknya, tim memperkirakan bahwa setiap ton material reaktif akan menghilangkan satu ton karbon dioksida dari atmosfer.

Aplikasi Penyimpanan CO2

Ada banyak aplikasi untuk opsi penyimpanan CO2 yang praktis dan terjangkau. Perusahaan terus mencari cara untuk memenuhi pembatasan karbon dan tujuan global emisi net zero. Teknologi ini dapat membantu mencapai tujuan tersebut dan menjadikan silikat kaya Mg sebagai sumber daya yang berharga sekaligus.

Pertanian

Sektor pertanian dapat memperoleh manfaat terbesar dari studi ini. Petani mengeluarkan banyak dana untuk menambahkan alkali ke tanah guna meningkatkan pH di lahan mereka demi meningkatkan hasil panen. Teknologi ini memungkinkan petani menghilangkan karbon dalam silikat yang dapat dimanfaatkan tanaman sekaligus menambahkan mineral berbasis alkali untuk meningkatkan hasil. Selain itu, mineral yang menangkap karbon yang disimpan pada akhirnya akan menuju laut untuk penyimpanan yang aman dan permanen.

Industri

Ada banyak aplikasi industri untuk teknologi ini. Pertama, Anda dapat membayangkan suatu hari produsen mendistribusikan magnesium oksida dan kalsium silikat dalam operasi besar untuk menghilangkan CO2 dari udara sekitar. Pendekatan ini menawarkan opsi yang hemat biaya dan mudah diinisiasi.

Peneliti Studi

Peneliti Stanford Matthew Kanan dan Yuxuan Chen memimpin studi penyimpanan CO2. Mereka bekerja dengan tim dari Sanford dan menerima hibah dari Sustainability Accelerator di Stanford Doerr School of Sustainability. Sekarang, kelompok ini mencari mitra untuk membantu mengembangkan dan membawa produk penyimpanan CO2 mereka ke pasar.

Perusahaan yang Memimpin Pasar Penyimpanan CO2

Dorongan untuk mencapai netralitas karbon telah membantu menciptakan ekonomi penyimpanan karbon yang berkembang pesat. Sektor ini menampilkan perusahaan yang mengembangkan, menyediakan, atau menawarkan solusi pajak penangkapan karbon ke pasar. Perusahaan-perusahaan ini telah mengalami pertumbuhan signifikan selama 5 tahun terakhir karena meningkatnya permintaan akan energi bersih dan kontrol polusi. Berikut satu perusahaan yang terus memimpin industri.

Quanta Services, Inc.

Quanta Services, Inc (PWR ) memasuki pasar pada tahun 1997. Pendiriannya, John R. Colson, ingin menawarkan solusi infrastruktur energi kepada klien perusahaan. Pada tahun 1998, Quanta Services go public. Dalam kurang dari satu dekade, perusahaan ini terdaftar di indeks S&P 500. Saat ini, perusahaan memiliki produk yang mencakup berbagai industri, termasuk penangkapan CO2, pembangkitan energi, energi terbarukan, dan banyak lagi.