Cementarne, kot je prikazana tukaj, so glavni vir ogljikovega dioksida, ki segreva podnebje. Vendar pa je nekatere od teh onesnaževal mogoče pretvoriti v novo vrsto goriva. To sol je mogoče varno shranjevati desetletja ali dlje.
To je še ena zgodba v seriji, ki obravnava nove tehnologije in ukrepe, ki lahko upočasnijo podnebne spremembe, zmanjšajo njihove vplive ali pomagajo skupnostim pri soočanju s hitro spreminjajočim se svetom.
Dejavnosti, ki sproščajo ogljikov dioksid (CO2), pogost toplogredni plin, prispevajo k segrevanju Zemljinega ozračja. Zamisel o pridobivanju CO2 iz zraka in njegovem shranjevanju ni nova. Vendar je težko izvedljiva, še posebej, če si jo ljudje lahko privoščijo. Nov sistem rešuje problem onesnaženosti s CO2 na nekoliko drugačen način. Plin, ki segreva podnebje, kemično pretvori v gorivo.
Raziskovalci z Massachusettskega tehnološkega inštituta (MIT) v Cambridgeu so 15. novembra objavili svoje prelomne rezultate v reviji Cell Reports Physical Science.
Njihov novi sistem je razdeljen na dva dela. Prvi del vključuje pretvorbo ogljikovega dioksida iz zraka v molekulo, imenovano format, za proizvodnjo goriva. Tako kot ogljikov dioksid tudi format vsebuje en atom ogljika in dva atoma kisika ter en atom vodika. Format vsebuje tudi več drugih elementov. V novi študiji je bila uporabljena formatna sol, ki izhaja iz natrija ali kalija.
Večina gorivnih celic deluje na vodik, vnetljiv plin, ki za transport potrebuje cevovode in tlačne rezervoarje. Vendar pa lahko gorivne celice delujejo tudi na format. Format ima energijsko vsebnost, primerljivo z vodikom, pravi Li Ju, znanstvenik za materiale, ki je vodil razvoj novega sistema. Format ima pred vodikom nekaj prednosti, je poudaril Li Ju. Je varnejši in ne zahteva shranjevanja pod visokim tlakom.
Raziskovalci na MIT-u so ustvarili gorivno celico za testiranje formata, ki ga proizvajajo iz ogljikovega dioksida. Najprej so sol zmešali z vodo. Mešanico so nato vnesli v gorivno celico. V gorivni celici je format v kemični reakciji sprostil elektrone. Ti elektroni so tekli od negativne elektrode gorivne celice do pozitivne elektrode in sklenili električni tokokrog. Ti tekoči elektroni – električni tok – so bili med poskusom prisotni 200 ur.
Zhen Zhang, znanstvenik za materiale, ki sodeluje z Lijem na MIT-u, je optimističen, da bo njegova ekipa v desetletju lahko razširila uporabo nove tehnologije.
Raziskovalna ekipa MIT je uporabila kemično metodo za pretvorbo ogljikovega dioksida v ključno sestavino za proizvodnjo goriva. Najprej so ga izpostavili zelo alkalni raztopini. Izbrali so natrijev hidroksid (NaOH), splošno znan kot lug. To sproži kemično reakcijo, ki proizvede natrijev bikarbonat (NaHCO3), bolj znan kot soda bikarbona.
Nato so vklopili elektriko. Električni tok je sprožil novo kemijsko reakcijo, ki je razcepila vsak atom kisika v molekuli sode bikarbone, pri čemer je ostal natrijev format (NaCHO2). Njihov sistem je skoraj ves ogljik v CO2 – več kot 96 odstotkov – pretvoril v to sol.
Energija, potrebna za odstranitev kisika, je shranjena v kemičnih vezah formata. Profesor Li je ugotovil, da lahko format to energijo shranjuje desetletja, ne da bi pri tem izgubil potencialno energijo. Nato pri prehodu skozi gorivno celico ustvari elektriko. Če elektrika, ki se uporablja za proizvodnjo formata, prihaja iz sončne, vetrne ali hidroelektrarne, bo elektrika, ki jo proizvaja gorivna celica, čist vir energije.
Za razširitev nove tehnologije, je Lee dejal, »moramo najti bogate geološke vire luga.« Preučeval je vrsto kamnine, imenovane alkalni bazalt (AL-kuh-lye buh-SALT). Ko se te kamnine zmešajo z vodo, se spremenijo v lug.
Farzan Kazemifar je inženir na državni univerzi San Jose v Kaliforniji. Njegove raziskave se osredotočajo na shranjevanje ogljikovega dioksida v podzemnih solnih formacijah. Odstranjevanje ogljikovega dioksida iz zraka je bilo vedno težavno in zato drago, pravi. Zato je donosno pretvoriti CO2 v uporabne produkte, kot je format. Stroški produkta lahko izravnajo stroške proizvodnje.
Veliko raziskav je bilo osredotočenih na zajemanje ogljikovega dioksida iz zraka. Na primer, skupina znanstvenikov na Univerzi Lehigh je nedavno opisala drugo metodo za filtriranje ogljikovega dioksida iz zraka in njegovo pretvorbo v sodo bikarbono. Druge raziskovalne skupine shranjujejo CO2 v posebnih kamninah in ga pretvarjajo v trdni ogljik, ki ga je nato mogoče predelati v etanol, alkoholno gorivo. Večina teh projektov je majhnega obsega in še ni imela pomembnega vpliva na zmanjšanje visokih ravni ogljikovega dioksida v zraku.
Ta slika prikazuje hišo, ki deluje na ogljikov dioksid. Naprava, prikazana tukaj, pretvarja ogljikov dioksid (molekule v rdečih in belih mehurčkih) v sol, imenovano format (modri, rdeči, beli in črni mehurčki). To sol lahko nato uporabimo v gorivni celici za proizvodnjo električne energije.
Kazemifar je dejal, da je naša najboljša možnost »najprej zmanjšati emisije toplogrednih plinov«. Eden od načinov za to je zamenjava fosilnih goriv z obnovljivimi viri energije, kot sta veter ali sonce. To je del prehoda, ki ga znanstveniki imenujejo »dekarbonizacija«. Dodal pa je, da bo za zaustavitev podnebnih sprememb potreben večplasten pristop. Ta nova tehnologija je potrebna za zajemanje ogljika na območjih, ki jih je težko dekarbonizirati, je dejal. Vzemimo za primer jeklarne in cementarne.
Ekipa MIT vidi prednosti tudi v kombiniranju svoje nove tehnologije s sončno in vetrno energijo. Tradicionalne baterije so zasnovane za shranjevanje energije več tednov. Shranjevanje poletne sončne svetlobe pozimi ali dlje zahteva drugačen pristop. »S formatnim gorivom,« je dejal Lee, niste več omejeni niti na sezonsko shranjevanje. »Lahko bi se generacijsko spreminjalo.«
Morda se ne lesketa kot zlato, ampak »200 ton ... formata lahko zapustim svojim sinovom in hčeram,« je dejal Lee, »kot dediščino.«
Alkalno: Pridevnik, ki opisuje kemično snov, ki v raztopini tvori hidroksidne ione (OH-). Te raztopine se imenujejo tudi alkalne (v nasprotju s kislimi) in imajo pH večji od 7.
Vodonosnik: Kamnita formacija, ki lahko zadržuje podzemne rezervoarje vode. Izraz se uporablja tudi za podzemne bazene.
Bazalt: Črna vulkanska kamnina, ki je običajno zelo gosta (razen če je vulkanski izbruh v njej pustil velike žepe plina).
vez: (v kemiji) poltrajna povezava med atomi (ali skupinami atomov) v molekuli. Nastane zaradi privlačnih sil med sodelujočimi atomi. Ko so vezi oblikovane, atomi delujejo kot enota. Za ločitev sestavnih atomov je treba molekulam dovajati energijo v obliki toplote ali drugega sevanja.
Ogljik: Kemični element, ki je fizikalna osnova vsega življenja na Zemlji. Ogljik obstaja prosto v obliki grafita in diamanta. Je pomembna sestavina premoga, apnenca in nafte ter se lahko kemično samozveže in tvori široko paleto molekul s kemijsko, biološko in komercialno vrednostjo. (V podnebnih raziskavah) Izraz ogljik se včasih uporablja skoraj izmenično z ogljikovim dioksidom, da se označi potencialni vpliv, ki ga ima lahko dejanje, izdelek, politika ali postopek na dolgoročno segrevanje ozračja.
Ogljikov dioksid: (ali CO2) je brezbarven plin brez vonja, ki ga proizvajajo vse živali, ko kisik, ki ga dihajo, reagira s hrano, bogato z ogljikom, ki jo jedo. Ogljikov dioksid se sprošča tudi pri sežiganju organskih snovi, vključno s fosilnimi gorivi, kot sta nafta ali zemeljski plin. Ogljikov dioksid je toplogredni plin, ki zadržuje toploto v Zemljini atmosferi. Rastline s fotosintezo pretvarjajo ogljikov dioksid v kisik in ta proces uporabljajo za proizvodnjo lastne hrane.
Cement: Vezivo, ki se uporablja za vezavo dveh materialov, zaradi česar se strdi v trdno snov, ali gosto lepilo, ki se uporablja za vezavo dveh materialov. (Gradbeništvo) Drobno mlet material, ki se uporablja za vezavo peska ali zdrobljenega kamna skupaj v beton. Cement se običajno izdeluje v prahu. Ko pa se zmoči, se spremeni v blatno zmes, ki se po sušenju strdi.
Kemikalija: Snov, sestavljena iz dveh ali več atomov, ki so povezani (vezani) v določenem razmerju in strukturi. Na primer, voda je kemična snov, sestavljena iz dveh atomov vodika, vezanih na en atom kisika. Njena kemijska formula je H2O. »Kemikalija« se lahko uporablja tudi kot pridevnik za opis lastnosti snovi, ki so posledica različnih reakcij med različnimi spojinami.
Kemijska vez: Sila privlačnosti med atomi, ki je dovolj močna, da povzroči, da povezani elementi delujejo kot enota. Nekatere privlačnosti so šibke, druge močne. Zdi se, da vse vezi povezujejo atome z deljenjem (ali poskusom deljenja) elektronov.
Kemijska reakcija: Postopek, pri katerem pride do prerazporeditve molekul ali struktur snovi in ​​ne do spremembe fizikalne oblike (npr. iz trdne v plinasto stanje).
Kemija: veja znanosti, ki preučuje sestavo, strukturo, lastnosti in interakcije snovi. Znanstveniki to znanje uporabljajo za preučevanje neznanih snovi, za reprodukcijo uporabnih snovi v velikih količinah ali za načrtovanje in ustvarjanje novih uporabnih snovi. (kemičnih spojin) Kemija se nanaša tudi na formulo spojine, metodo njene priprave ali nekatere njene lastnosti. Ljudje, ki delajo na tem področju, se imenujejo kemiki. (v družboslovju) sposobnost ljudi, da sodelujejo, se razumejo in uživajo v družbi drug drugega.
Podnebne spremembe: Pomembna, dolgoročna sprememba zemeljskega podnebja. Do tega lahko pride naravno ali kot posledica človeških dejavnosti, vključno s kurjenjem fosilnih goriv in krčenjem gozdov.
Dekarbonizacija: se nanaša na nameren prehod z onesnažujočih tehnologij, dejavnosti in virov energije, ki v ozračje oddajajo toplogredne pline na osnovi ogljika, kot sta ogljikov dioksid in metan. Cilj je zmanjšati količino ogljikovih plinov, ki prispevajo k podnebnim spremembam.
Elektrika: Tok električnega naboja, ki običajno nastane zaradi gibanja negativno nabitih delcev, imenovanih elektroni.
Elektron: negativno nabit delec, ki običajno kroži okoli zunanjega območja atoma; je tudi nosilec električne energije v trdnih snoveh.
Inženir: Nekdo, ki uporablja znanost in matematiko za reševanje problemov. Ko se beseda inženir uporablja kot glagol, se nanaša na načrtovanje naprave, materiala ali postopka za rešitev problema ali neizpolnjene potrebe.
Etanol: Alkohol, imenovan tudi etilni alkohol, ki je osnova za alkoholne pijače, kot so pivo, vino in žgane pijače. Uporablja se tudi kot topilo in gorivo (na primer pogosto v mešanici z bencinom).
Filter: (ime) Nekaj, kar omogoča prehod nekaterih materialov in drugih, odvisno od njihove velikosti ali drugih značilnosti. (v.) Postopek izbire določenih snovi na podlagi lastnosti, kot so velikost, gostota, naboj itd. (v fiziki) Zaslon, plošča ali plast snovi, ki absorbira svetlobo ali drugo sevanje ali selektivno preprečuje prehod nekaterih njenih komponent.
Format: Splošni izraz za soli ali estre mravljinčne kisline, oksidirane oblike maščobne kisline. (Ester je spojina na osnovi ogljika, ki nastane z zamenjavo atomov vodika določenih kislin z določenimi vrstami organskih skupin. Številne maščobe in eterična olja so naravni estri maščobnih kislin.)
Fosilno gorivo: Vsako gorivo, kot so premog, nafta (surova nafta) ali zemeljski plin, ki je nastalo v milijonih let v notranjosti Zemlje iz razpadajočih ostankov bakterij, rastlin ali živali.
Gorivo: Vsaka snov, ki sprošča energijo s kontrolirano kemično ali jedrsko reakcijo. Fosilna goriva (premog, zemeljski plin in nafta) so običajna goriva, ki sproščajo energijo s kemičnimi reakcijami pri segrevanju (običajno do točke zgorevanja).
Gorivna celica: Naprava, ki pretvarja kemično energijo v električno energijo. Najpogostejše gorivo je vodik, katerega edini stranski produkt je vodna para.
Geologija: Pridevnik, ki opisuje vse, kar je povezano s fizično strukturo Zemlje, njenimi materiali, zgodovino in procesi, ki se na njej dogajajo. Ljudje, ki delajo na tem področju, se imenujejo geologi.
Globalno segrevanje: Postopno zvišanje splošne temperature Zemljine atmosfere zaradi učinka tople grede. Učinek povzročajo naraščajoče ravni ogljikovega dioksida, klorofluoroogljikovodikov in drugih plinov v zraku, od katerih jih veliko nastaja zaradi človeških dejavnosti.
Vodik: Najlažji element v vesolju. Kot plin je brezbarven, brez vonja in izjemno vnetljiv. Je sestavni del mnogih goriv, ​​maščob in kemikalij, ki sestavljajo živo tkivo. Sestavljen je iz protona (jedra) in elektrona, ki kroži okoli njega.
Inovacija: (glagol. inovirati; prid. inovirati) Prilagoditev ali izboljšava obstoječe ideje, procesa ali izdelka, da bi bil novejši, pametnejši, učinkovitejši ali uporabnejši.
Lug: Splošno ime za raztopino natrijevega hidroksida (NaOH). Lug se pogosto meša z rastlinskimi olji ali živalskimi maščobami in drugimi sestavinami za izdelavo trdega mila.
Znanstvenik za materiale: Raziskovalec, ki preučuje razmerje med atomsko in molekularno strukturo materiala ter njegovimi splošnimi lastnostmi. Znanstveniki za materiale lahko razvijajo nove materiale ali analizirajo obstoječe. Analiza splošnih lastnosti materiala, kot so gostota, trdnost in tališče, lahko pomaga inženirjem in drugim raziskovalcem pri izbiri najboljših materialov za nove aplikacije.
Molekula: Skupina električno nevtralnih atomov, ki predstavlja najmanjšo možno količino kemične spojine. Molekule so lahko sestavljene iz ene vrste atomov ali različnih vrst atomov. Na primer, kisik v zraku je sestavljen iz dveh atomov kisika (O2), voda pa iz dveh atomov vodika in enega atoma kisika (H2O).
Onesnaževalo: Snov, ki onesnažuje nekaj, na primer zrak, vodo, ljudi ali hrano. Nekatera onesnaževala so kemikalije, kot so pesticidi. Druga onesnaževala so lahko sevanje, vključno s prekomerno vročino ali svetlobo. Celo plevel in druge invazivne vrste se lahko štejejo za obliko biološkega obraščanja.
Močan: Pridevnik, ki se nanaša na nekaj zelo močnega ali močnega (kot je mikrob, strup, zdravilo ali kislina).
Obnovljiv: Pridevnik, ki se nanaša na vir, ki ga je mogoče nadomeščati v nedogled (kot so voda, zelene rastline, sončna svetloba in veter). To je v nasprotju z neobnovljivimi viri, ki imajo omejeno zalogo in jih je mogoče učinkovito izčrpati. Neobnovljivi viri vključujejo nafto (in druga fosilna goriva) ali relativno redke elemente in minerale.