Det pågår en global kapplöpning för att minska mängden skadliga gaser i vår atmosfär för att bromsa takten i klimatförändringarna, och ett sätt att göra det är genom kolavskiljning och lagring – att suga ut kol ur luften och begrava det. Vid denna tidpunkt, dock, vi fångar bara upp en bråkdel av det kol som behövs för att göra någon form av buckla i klimatförändringarna.

Forskare från University of Texas i Austin, i samarbete med ExxonMobil, har gjort en ny upptäckt som kan gå långt för att ändra på det. De har hittat ett sätt att överladda bildandet av koldioxidbaserade kristallstrukturer som en dag skulle kunna lagra miljarder ton kol under havsbotten i århundraden, om inte för alltid.

"Jag betraktar kolavskiljning som en försäkring för planeten, " sa Vaibhav Bahadur (VB), en docent vid Cockrell School of Engineerings Walker Department of Mechanical Engineering och huvudförfattare till en ny artikel om forskning i ACS Sustainable Chemistry &Engineering . "Det räcker inte längre att vara koldioxidneutral, vi måste vara koldioxidnegativa för att ångra skador som har gjorts på miljön under de senaste decennierna."

Dessa strukturer, kända som hydrater, bildas när koldioxid blandas med vatten vid högt tryck och låg temperatur. Vattenmolekylerna omorienterar sig och fungerar som burar som fångar in CO ₂ molekyler.

Men processen startar mycket långsamt - det kan ta timmar eller till och med dagar att få igång reaktionen. Forskargruppen fann att när de tillsatte magnesium till reaktionen, bildade hydrater 3, 000 gånger snabbare än den snabbaste metoden som används idag, så snabbt som en minut. Detta är den snabbaste hydratbildningstakten som någonsin dokumenterats.

"Den senaste metoden idag är att använda kemikalier för att främja reaktionen, " sa Bahadur. "Det fungerar, men det går långsammare, och dessa kemikalier är dyra och inte miljövänliga."

Hydraterna bildas i reaktorer. I praktiken, dessa reaktorer skulle kunna placeras ut på havsbotten. Med hjälp av befintlig kolavskiljningsteknik, CO ₂ skulle plockas ur luften och föras till undervattensreaktorerna där hydraterna skulle växa. Stabiliteten hos dessa hydrater minskar risken för läckor som finns i andra metoder för kollagring, som att injicera det som en gas i övergivna gasbrunnar.

Att ta reda på hur man kan minska kolet i atmosfären är ett ungefär lika stort problem som det finns i världen just nu. Och ändå, Bahadur säger, det finns bara ett fåtal forskargrupper i världen som tittar på CO ₂ hydrater som ett potentiellt kollagringsalternativ.

"Vi fångar bara upp ungefär hälften av en procent av mängden kol som vi kommer att behöva till 2050, ", sa Bahadur. "Detta säger mig att det finns gott om utrymme för fler alternativ i hinken av teknologier för att fånga och lagra kol."

Bahadur har arbetat med hydratforskning sedan han kom till UT Austin 2013. Detta projekt är en del av ett forskningssamarbete mellan ExxonMobil och Energy Institute vid UT Austin.

Forskarna och ExxonMobil har lämnat in en patentansökan för att kommersialisera sin upptäckt. Strax, de planerar att ta itu med frågor om effektivitet – att öka mängden CO ₂ som omvandlas till hydrater under reaktionen - och etablerar kontinuerlig produktion av hydrater.

Bahadur ledde laget, som även inkluderar Filippo Mangolini, en biträdande professor vid Walker Department of Mechanical Engineering. Andra teammedlemmar inkluderar:Från Walker Department of Mechanical Engineering, Aritra Kar, Palash Vadiraj Acharya och Awan Bhati; från Texas Materials Institute vid UT Austin, Hugo Celio; och forskare från ExxonMobil.