Tvornice cementa poput ove prikazane ovdje su glavni izvor ugljičnog dioksida koji zagrijava klimu. Ali neki od ovih zagađivača mogu se pretvoriti u novu vrstu goriva. Ova sol se može sigurno skladištiti decenijama ili duže.
Ovo je još jedna priča u seriji koja se bavi novim tehnologijama i akcijama koje mogu usporiti klimatske promjene, smanjiti njihove utjecaje ili pomoći zajednicama da se nose sa svijetom koji se brzo mijenja.
Aktivnosti koje oslobađaju ugljikov dioksid (CO2), uobičajeni staklenički plin, doprinose zagrijavanju Zemljine atmosfere. Ideja o izdvajanju CO2 iz zraka i njegovom skladištenju nije nova. Ali je teško izvesti, posebno kada ljudi to mogu priuštiti. Novi sistem rješava problem zagađenja CO2 na malo drugačiji način. Hemijski pretvara plin koji zagrijava klimu u gorivo.
Istraživači sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) u Cambridgeu objavili su 15. novembra svoje revolucionarne rezultate u časopisu Cell Reports Physical Science.
Njihov novi sistem je podijeljen u dva dijela. Prvi dio uključuje pretvaranje ugljičnog dioksida iz zraka u molekulu nazvanu format za proizvodnju goriva. Poput ugljičnog dioksida, format sadrži jedan atom ugljika i dva atoma kisika, kao i jedan atom vodika. Format također sadrži nekoliko drugih elemenata. U novoj studiji korištena je formatna sol, koja se dobija iz natrija ili kalija.
Većina gorivnih ćelija radi na vodik, zapaljivi plin koji zahtijeva cjevovode i spremnike pod pritiskom za transport. Međutim, gorivne ćelije mogu raditi i na format. Format ima energetski sadržaj usporediv s vodikom, prema Li Juu, znanstveniku za materijale koji je vodio razvoj novog sistema. Format ima neke prednosti u odnosu na vodik, primijetio je Li Ju. Sigurniji je i ne zahtijeva skladištenje pod visokim pritiskom.
Istraživači na MIT-u su kreirali gorivnu ćeliju za testiranje formata, koji proizvode iz ugljikovog dioksida. Prvo su pomiješali sol s vodom. Smjesa je zatim ubačena u gorivnu ćeliju. Unutar gorivne ćelije, format je oslobađao elektrone u hemijskoj reakciji. Ovi elektroni su tekli od negativne elektrode gorivne ćelije do pozitivne elektrode, zatvarajući električni krug. Ovi elektroni u protoku - električna struja - bili su prisutni 200 sati tokom eksperimenta.
Zhen Zhang, naučnik za materijale koji radi s Lijem na MIT-u, optimističan je da će njegov tim moći proširiti novu tehnologiju u roku od deset godina.
Istraživački tim MIT-a koristio je hemijsku metodu za pretvaranje ugljičnog dioksida u ključni sastojak za proizvodnju goriva. Prvo su ga izložili visoko alkalnom rastvoru. Odabrali su natrijum hidroksid (NaOH), poznatiji kao lug. To pokreće hemijsku reakciju koja proizvodi natrijum bikarbonat (NaHCO3), poznatiji kao soda bikarbona.
Zatim su uključili struju. Električna struja je izazvala novu hemijsku reakciju koja je razdvojila svaki atom kisika u molekulu sode bikarbone, ostavljajući natrijum format (NaCHO2). Njihov sistem je pretvorio gotovo sav ugljik u CO2 - više od 96 posto - u ovu so.
Energija potrebna za uklanjanje kisika pohranjuje se u hemijskim vezama formata. Profesor Li je primijetio da format može pohranjivati ​​ovu energiju decenijama bez gubitka potencijalne energije. Zatim generira električnu energiju kada prolazi kroz gorivnu ćeliju. Ako električna energija koja se koristi za proizvodnju formata dolazi iz solarne, vjetroelektrane ili hidroelektrične energije, električna energija koju generira goriva ćelija bit će čisti izvor energije.
Da bismo proširili novu tehnologiju, Lee je rekao: „Moramo pronaći bogate geološke resurse lužine.“ Proučavao je vrstu stijene koja se naziva alkalni bazalt (AL-kuh-lye buh-SALT). Kada se pomiješaju s vodom, ove stijene se pretvaraju u lužinu.
Farzan Kazemifar je inženjer na Državnom univerzitetu San Jose u Kaliforniji. Njegovo istraživanje fokusira se na skladištenje ugljičnog dioksida u podzemnim formacijama soli. Uklanjanje ugljičnog dioksida iz zraka oduvijek je bilo teško i stoga skupo, kaže on. Stoga je isplativo pretvoriti CO2 u upotrebljive proizvode poput formata. Cijena proizvoda može nadoknaditi troškove proizvodnje.
Mnogo je istraživanja provedeno o hvatanju ugljičnog dioksida iz zraka. Na primjer, tim naučnika sa Univerziteta Lehigh nedavno je opisao drugu metodu za filtriranje ugljičnog dioksida iz zraka i njegovo pretvaranje u sodu bikarbonu. Druge istraživačke grupe skladište CO2 u posebnim stijenama, pretvarajući ga u čvrsti ugljik koji se zatim može preraditi u etanol, alkoholno gorivo. Većina ovih projekata je malog obima i još uvijek nije imala značajan utjecaj na smanjenje visokih nivoa ugljičnog dioksida u zraku.
Ova slika prikazuje kuću koja radi na ugljikov dioksid. Prikazani uređaj pretvara ugljikov dioksid (molekule u crvenim i bijelim mjehurićima) u sol koja se zove format (plavi, crveni, bijeli i crni mjehurići). Ova sol se zatim može koristiti u gorivnoj ćeliji za proizvodnju električne energije.
Kazemifar je rekao da je naša najbolja opcija "prvo smanjiti emisije stakleničkih plinova". Jedan od načina da se to postigne je zamjena fosilnih goriva obnovljivim izvorima energije poput vjetra ili sunca. Ovo je dio tranzicije koju naučnici nazivaju "dekarbonizacija". Ali je dodao da će zaustavljanje klimatskih promjena zahtijevati višestruki pristup. Ova nova tehnologija je potrebna za hvatanje ugljika u područjima koja je teško dekarbonizirati, rekao je. Uzmimo za primjer čeličane i tvornice cementa.
MIT tim također vidi prednosti u kombinovanju svoje nove tehnologije sa solarnom i energijom vjetra. Tradicionalne baterije su dizajnirane da skladište energiju sedmicama. Skladištenje ljetne sunčeve svjetlosti u zimu ili duže zahtijeva drugačiji pristup. „S formatnim gorivom“, rekao je Lee, više niste ograničeni čak ni na sezonsko skladištenje. „To bi moglo biti generacijsko.“
Možda ne sija kao zlato, ali „Mogu ostaviti 200 tona... formata svojim sinovima i kćerima“, rekao je Lee, „kao nasljedstvo“.
Alkalni: Pridjev koji opisuje hemijsku supstancu koja u rastvoru formira hidroksidne ione (OH-). Ovi rastvori se nazivaju i alkalni (za razliku od kiselih) i imaju pH veći od 7.
Vodonosni sloj: Stijena sposobna za zadržavanje podzemnih rezervoara vode. Termin se također odnosi na podzemne bazene.
Bazalt: Crna vulkanska stijena koja je obično vrlo gusta (osim ako vulkanska erupcija nije ostavila velike džepove plina u njoj).
veza: (u hemiji) polutrajna veza između atoma (ili grupa atoma) u molekulu. Nastaje privlačnim silama između atoma koji učestvuju u vezi. Nakon što se veze formiraju, atomi funkcioniraju kao jedinica. Da bi se konstitutivni atomi razdvojili, molekulama se mora dovesti energija u obliku topline ili drugog zračenja.
Ugljik: Hemijski element koji je fizička osnova cjelokupnog života na Zemlji. Ugljik postoji slobodno u obliku grafita i dijamanta. Važna je komponenta uglja, krečnjaka i nafte, te je sposoban za hemijsko samoudružavanje i formiranje širokog spektra molekula hemijske, biološke i komercijalne vrijednosti. (U istraživanju klime) Termin ugljik se ponekad koristi gotovo naizmjenično s ugljikovim dioksidom kako bi se označio potencijalni utjecaj koji neka radnja, proizvod, politika ili proces mogu imati na dugoročno zagrijavanje atmosfere.
Ugljikov dioksid: (ili CO2) je bezbojni plin bez mirisa koji proizvode sve životinje kada kisik koji udišu reagira s hranom bogatom ugljikom koju jedu. Ugljikov dioksid se također oslobađa kada se organska materija, uključujući fosilna goriva poput nafte ili prirodnog plina, sagorijeva. Ugljikov dioksid je staklenički plin koji zadržava toplinu u Zemljinoj atmosferi. Biljke pretvaraju ugljikov dioksid u kisik putem fotosinteze i koriste taj proces za proizvodnju vlastite hrane.
Cement: Vezivo koje se koristi za spajanje dva materijala, uzrokujući njihovo stvrdnjavanje u čvrstu tvar, ili gusto ljepilo koje se koristi za spajanje dva materijala. (Građevinarstvo) Fino mljeveni materijal koji se koristi za vezivanje pijeska ili usitnjenog kamena kako bi se formirao beton. Cement se obično pravi u obliku praha. Ali kada se smoči, pretvara se u blatnjavu kašu koja se stvrdnjava kada se osuši.
Hemikalija: Supstanca sastavljena od dva ili više atoma spojenih (vezanih) u fiksnom omjeru i strukturi. Na primjer, voda je hemijska supstanca sastavljena od dva atoma vodika vezana za jedan atom kisika. Njena hemijska formula je H2O. "Hemikalija" se također može koristiti kao pridjev za opisivanje svojstava supstance koja su rezultat različitih reakcija između različitih spojeva.
Hemijska veza: Sila privlačenja između atoma koja je dovoljno jaka da uzrokuje da povezani elementi funkcioniraju kao cjelina. Neke privlačnosti su slabe, druge su jake. Čini se da sve veze povezuju atome dijeljenjem (ili pokušajem dijeljenja) elektrona.
Hemijska reakcija: Proces koji uključuje preuređenje molekula ili struktura supstance, a ne promjenu fizičkog oblika (npr. iz čvrstog u gasovito stanje).
Hemija: grana nauke koja proučava sastav, strukturu, svojstva i interakcije supstanci. Naučnici koriste ovo znanje za proučavanje nepoznatih supstanci, za reprodukciju korisnih supstanci u velikim količinama ili za dizajniranje i stvaranje novih korisnih supstanci. (hemijskih spojeva) Hemija se također odnosi na formulu spoja, metodu kojom se priprema ili neka od njegovih svojstava. Ljudi koji rade u ovoj oblasti nazivaju se hemičari. (u društvenim naukama) sposobnost ljudi da sarađuju, slažu se i uživaju u međusobnom društvu.
Klimatske promjene: Značajna, dugoročna promjena Zemljine klime. To se može dogoditi prirodno ili kao rezultat ljudskih aktivnosti, uključujući sagorijevanje fosilnih goriva i krčenje šuma.
Dekarbonizacija: odnosi se na namjerno udaljavanje od zagađujućih tehnologija, aktivnosti i izvora energije koji emituju stakleničke plinove na bazi ugljika, poput ugljičnog dioksida i metana, u atmosferu. Cilj je smanjiti količinu ugljičnih plinova koji doprinose klimatskim promjenama.
Elektricitet: Tok električnog naboja, obično rezultat kretanja negativno nabijenih čestica zvanih elektroni.
Elektron: negativno nabijena čestica koja obično kruži oko vanjskog područja atoma; također je nosilac elektriciteta u čvrstim tijelima.
Inženjer: Neko ko koristi nauku i matematiku za rješavanje problema. Kada se koristi kao glagol, riječ inženjer odnosi se na dizajniranje uređaja, materijala ili procesa za rješavanje problema ili nezadovoljene potrebe.
Etanol: Alkohol, također nazvan etilni alkohol, koji je osnova za alkoholna pića poput piva, vina i žestokih pića. Također se koristi kao otapalo i gorivo (na primjer, često se miješa s benzinom).
Filter: (imenica) Nešto što omogućava prolaz nekim materijalima, a drugima, ovisno o njihovoj veličini ili drugim karakteristikama. (v.) Proces odabira određenih supstanci na osnovu svojstava kao što su veličina, gustoća, naboj itd. (u fizici) Zaslon, ploča ili sloj supstance koji apsorbira svjetlost ili drugo zračenje ili selektivno sprječava prolaz nekih njenih komponenti.
Format: Opći termin za soli ili estere mravlje kiseline, oksidirani oblik masne kiseline. (Estar je spoj na bazi ugljika koji nastaje zamjenom atoma vodika određenih kiselina određenim vrstama organskih grupa. Mnoge masti i eterična ulja su prirodni esteri masnih kiselina.)
Fosilno gorivo: Bilo koje gorivo, poput uglja, nafte (sirove nafte) ili prirodnog plina, koje je nastajalo tokom miliona godina u unutrašnjosti Zemlje od raspadajućih ostataka bakterija, biljaka ili životinja.
Gorivo: Bilo koja supstanca koja oslobađa energiju putem kontrolirane hemijske ili nuklearne reakcije. Fosilna goriva (ugalj, prirodni plin i nafta) su uobičajena goriva koja oslobađaju energiju putem hemijskih reakcija kada se zagrijavaju (obično do tačke sagorijevanja).
Gorivna ćelija: Uređaj koji pretvara hemijsku energiju u električnu energiju. Najčešće gorivo je vodonik, čiji je jedini nusprodukt vodena para.
Geologija: Pridjev koji opisuje sve što je povezano s fizičkom strukturom Zemlje, njenim materijalima, historijom i procesima koji se na njoj odvijaju. Ljudi koji rade u ovoj oblasti nazivaju se geolozi.
Globalno zagrijavanje: Postepeno povećanje ukupne temperature Zemljine atmosfere zbog efekta staklene bašte. Efekat je uzrokovan povećanjem nivoa ugljen-dioksida, hlorofluorougljenika i drugih gasova u vazduhu, od kojih mnogi nastaju ljudskim aktivnostima.
Vodonik: Najlakši element u svemiru. Kao gas, bezbojan je, bez mirisa i izuzetno zapaljiv. Sastavni je dio mnogih goriva, masti i hemikalija koje čine živo tkivo. Sastoji se od protona (jezgra) i elektrona koji kruži oko njega.
Inovacija: (glagol: inovirati; pril. inovirati) Prilagođavanje ili poboljšanje postojeće ideje, procesa ili proizvoda kako bi se učinio novijim, pametnijim, efikasnijim ili korisnijim.
Lužina: Opći naziv za otopinu natrijevog hidroksida (NaOH). Lužina se često miješa s biljnim uljima ili životinjskim mastima i drugim sastojcima za izradu sapuna u komadu.
Naučnik za materijale: Istraživač koji proučava odnos između atomske i molekularne strukture materijala i njegovih ukupnih svojstava. Naučnici za materijale mogu razvijati nove materijale ili analizirati postojeće. Analiza ukupnih svojstava materijala, kao što su gustina, čvrstoća i tačka topljenja, može pomoći inženjerima i drugim istraživačima da odaberu najbolje materijale za nove primjene.
Molekula: Grupa električno neutralnih atoma koja predstavlja najmanju moguću količinu hemijskog spoja. Molekule mogu biti sastavljene od jedne vrste atoma ili različitih vrsta atoma. Na primjer, kisik u zraku sastoji se od dva atoma kisika (O2), a voda se sastoji od dva atoma vodika i jednog atoma kisika (H2O).
Zagađivač: Supstanca koja zagađuje nešto, kao što su zrak, voda, ljudi ili hrana. Neki zagađivači su hemikalije, poput pesticida. Drugi zagađivači mogu biti zračenje, uključujući prekomjernu toplinu ili svjetlost. Čak se i korov i druge invazivne vrste mogu smatrati oblikom biološkog obraštanja.
Moćan: Pridjev koji se odnosi na nešto što je vrlo jako ili moćno (kao što je klica, otrov, lijek ili kiselina).
Obnovljivi: Pridjev koji se odnosi na resurs koji se može neograničeno zamjenjivati ​​(kao što su voda, zelene biljke, sunčeva svjetlost i vjetar). Ovo je u suprotnosti s neobnovljivim resursima, koji imaju ograničene zalihe i mogu se efektivno iscrpiti. Neobnovljivi resursi uključuju naftu (i druga fosilna goriva) ili relativno rijetke elemente i minerale.