Tvornice cementa poput ove prikazane ovdje glavni su izvor ugljičnog dioksida koji zagrijava klimu. Ali neki od tih zagađivača mogu se pretvoriti u novu vrstu goriva. Ova se sol može sigurno skladištiti desetljećima ili dulje.
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 s brzo mijenjajućim svijetom.
Aktivnosti koje oslobađaju ugljikov dioksid (CO2), uobičajeni staklenički plin, doprinose zagrijavanju Zemljine atmosfere. Ideja izdvajanja CO2 iz zraka i njegovog skladištenja nije nova. Ali to je teško izvesti, posebno kada si ljudi to mogu priuštiti. Novi sustav rješava problem onečišćenja CO2 na malo drugačiji način. Kemijski pretvara plin koji zagrijava klimu u gorivo.
Dana 15. studenog, istraživači s Massachusetts Institute of Technology (MIT) u Cambridgeu objavili su svoje revolucionarne rezultate u časopisu Cell Reports Physical Science.
Njihov novi sustav podijeljen je u dva dijela. Prvi dio uključuje pretvaranje ugljikovog dioksida iz zraka u molekulu nazvanu format za proizvodnju goriva. Poput ugljikovog 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 dobiva iz natrija ili kalija.
Većina gorivnih ćelija radi na vodik, zapaljivi plin koji za transport zahtijeva cjevovode i spremnike pod tlakom. 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 sustava. Format ima neke prednosti u odnosu na vodik, primijetio je Li Ju. Sigurniji je i ne zahtijeva skladištenje pod visokim tlakom.
Istraživači na MIT-u stvorili su 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 kemijskoj reakciji. Ti su elektroni tekli od negativne elektrode gorivne ćelije do pozitivne elektrode, zatvarajući električni krug. Ti elektroni u protoku - električna struja - bili su prisutni 200 sati tijekom eksperimenta.
Zhen Zhang, znanstvenik za materijale koji radi s Lijem na MIT-u, optimističan je da će njegov tim moći skalirati novu tehnologiju unutar desetljeća.
Istraživački tim MIT-a koristio je kemijsku metodu za pretvaranje ugljikovog dioksida u ključni sastojak za proizvodnju goriva. Prvo su ga izložili visoko alkalnoj otopini. Odabrali su natrijev hidroksid (NaOH), poznatiji kao lug. To pokreće kemijsku reakciju koja proizvodi natrijev bikarbonat (NaHCO3), poznatiji kao soda bikarbona.
Zatim su uključili struju. Električna struja pokrenula je novu kemijsku reakciju koja je razdvojila svaki atom kisika u molekuli sode bikarbone, ostavljajući natrijev format (NaCHO2). Njihov sustav pretvorio je gotovo sav ugljik u CO2 - više od 96 posto - u ovu sol.
Energija potrebna za uklanjanje kisika pohranjena je u kemijskim vezama formata. Profesor Li primijetio je da format može pohranjivati ​​tu energiju desetljećima 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.
Kako bismo proširili novu tehnologiju, Lee je rekao: „Moramo pronaći bogate geološke resurse lužine.“ Proučavao je vrstu stijene zvane alkalni bazalt (AL-kuh-lye buh-SALT). Kada se pomiješaju s vodom, ove stijene se pretvaraju u lužinu.
Farzan Kazemifar je inženjer na Državnom sveučilištu San Jose u Kaliforniji. Njegovo istraživanje usmjereno je na skladištenje ugljikovog dioksida u podzemnim formacijama soli. Uklanjanje ugljikovog dioksida iz zraka oduvijek je bilo teško i stoga skupo, kaže. Stoga je isplativo pretvoriti CO2 u upotrebljive proizvode poput formata. Trošak proizvoda može nadoknaditi troškove proizvodnje.
Provedeno je mnogo istraživanja o hvatanju ugljikovog dioksida iz zraka. Primjerice, tim znanstvenika sa Sveučilišta Lehigh nedavno je opisao drugu metodu filtriranja ugljikovog dioksida iz zraka i njegovog pretvaranja u sodu bikarbonu. Druge istraživačke skupine pohranjuju CO2 u posebnim stijenama, pretvarajući ga u kruti ugljik koji se zatim može preraditi u etanol, alkoholno gorivo. Većina tih projekata je malog opsega i još nije imala značajan utjecaj na smanjenje visokih razina ugljikovog 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 naziva format (plavi, crveni, bijeli i crni mjehurići). Ova se sol 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 za to je zamjena fosilnih goriva obnovljivim izvorima energije poput vjetra ili sunca. To je dio tranzicije koju znanstvenici nazivaju „dekarbonizacija“. No, dodao je da će zaustavljanje klimatskih promjena zahtijevati višestruki pristup. Ova nova tehnologija potrebna je za hvatanje ugljika u područjima koja je teško dekarbonizirati, rekao je. Uzmimo za primjer čeličane i tvornice cementa.
MIT-ov tim također vidi prednosti u kombiniranju svoje nove tehnologije sa solarnom i energijom vjetra. Tradicionalne baterije dizajnirane su za pohranu energije tjednima. Pohranjivanje ljetne sunčeve svjetlosti zimi ili dulje zahtijeva drugačiji pristup. „S formatnim gorivom“, rekao je Lee, više niste ograničeni čak ni na sezonsko skladištenje. „To bi moglo biti generacijsko.“
Možda ne svjetluca kao zlato, ali „mogu ostaviti 200 tona... formata svojim sinovima i kćerima“, rekao je Lee, „kao nasljedstvo.“
Alkalno: Pridjev koji opisuje kemijsku tvar koja u otopini tvori hidroksidne ione (OH-). Ove otopine se nazivaju i alkalne (za razliku od kiselih) i imaju pH veći od 7.
Vodonosnik: Stijena sposobna zadržavati podzemne rezervoare vode. Izraz 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 kemiji) polutrajna veza između atoma (ili skupina atoma) u molekuli. Nastaje privlačnim silama između atoma koji sudjeluju u njoj. Nakon što se veze stvore, atomi funkcioniraju kao jedinica. Da bi se sastavni atomi odvojili, molekulama se mora dovesti energija u obliku topline ili drugog zračenja.
Ugljik: Kemijski element koji je fizička osnova sveg života na Zemlji. Ugljik postoji slobodno u obliku grafita i dijamanta. Važna je komponenta ugljena, vapnenca i nafte te je sposoban kemijski se samovezivati ​​i stvarati širok raspon molekula kemijske, biološke i komercijalne vrijednosti. (U istraživanju klime) Pojam ugljik ponekad se 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 tvar, uključujući fosilna goriva poput nafte ili prirodnog plina, izgara. 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 dvaju materijala, uzrokujući njihovo stvrdnjavanje u kruto stanje, ili gusto ljepilo koje se koristi za spajanje dvaju materijala. (Građevinarstvo) Fino mljeveni materijal koji se koristi za vezivanje pijeska ili usitnjenog kamena kako bi se formirao beton. Cement se obično proizvodi kao prah. Ali kada se smoči, pretvara se u blatnjavu kašu koja se stvrdnjava kada se osuši.
Kemikalija: Tvar sastavljena od dva ili više atoma spojenih (vezanih) u fiksnom omjeru i strukturi. Na primjer, voda je kemijska tvar sastavljena od dva atoma vodika vezana za jedan atom kisika. Njezina kemijska formula je H2O. „Kemikalija“ se također može koristiti kao pridjev za opisivanje svojstava tvari koja su rezultat različitih reakcija između različitih spojeva.
Kemijska veza: Sila privlačenja između atoma koja je dovoljno jaka da uzrokuje da povezani elementi funkcioniraju kao cjelina. Neke su privlačnosti slabe, druge jake. Čini se da sve veze povezuju atome dijeljenjem (ili pokušajem dijeljenja) elektrona.
Kemijska reakcija: Proces koji uključuje preuređenje molekula ili struktura tvari, a ne promjenu fizičkog oblika (npr. iz krutog u plinovito stanje).
Kemija: grana znanosti koja proučava sastav, strukturu, svojstva i interakcije tvari. Znanstvenici koriste to znanje za proučavanje nepoznatih tvari, za reprodukciju korisnih tvari u velikim količinama ili za dizajniranje i stvaranje novih korisnih tvari. (kemijskih spojeva) Kemija se također odnosi na formulu spoja, metodu kojom se pripravlja ili neka od njegovih svojstava. Ljudi koji rade u ovom području nazivaju se kemičari. (u društvenim znanostima) sposobnost ljudi da surađuju, 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 izgaranje fosilnih goriva i krčenje šuma.
Dekarbonizacija: odnosi se na namjerni prijelaz sa zagađujućih tehnologija, aktivnosti i izvora energije koji u atmosferu emitiraju stakleničke plinove na bazi ugljika, poput ugljikovog dioksida i metana. Cilj je smanjiti količinu ugljikovih plinova koji doprinose klimatskim promjenama.
Elektricitet: Tok električnog naboja, obično nastao kretanjem negativno nabijenih čestica zvanih elektroni.
Elektron: negativno nabijena čestica koja obično kruži oko vanjskog područja atoma; također je nositelj elektriciteta u krutim tvarima.
Inženjer: Osoba koja koristi znanost 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 propušta neke materijale, a druge, ovisno o njihovoj veličini ili drugim karakteristikama. (v.) Proces odabira određenih tvari na temelju svojstava kao što su veličina, gustoća, naboj itd. (u fizici) Zaslon, ploča ili sloj tvari koji apsorbira svjetlost ili drugo zračenje ili selektivno sprječava prolaz nekih njezinih komponenti.
Format: Opći naziv za soli ili estere mravlje kiseline, oksidirani oblik masne kiseline. (Ester je spoj na bazi ugljika koji nastaje zamjenom atoma vodika određenih kiselina određenim vrstama organskih skupina. Mnoge masti i eterična ulja su prirodni esteri masnih kiselina.)
Fosilno gorivo: Bilo koje gorivo, poput ugljena, nafte (sirove nafte) ili prirodnog plina, koje je nastalo tijekom milijuna godina unutar Zemlje od raspadajućih ostataka bakterija, biljaka ili životinja.
Gorivo: Bilo koja tvar koja oslobađa energiju putem kontrolirane kemijske ili nuklearne reakcije. Fosilna goriva (ugljen, prirodni plin i nafta) su uobičajena goriva koja oslobađaju energiju putem kemijskih reakcija kada se zagrijavaju (obično do točke izgaranja).
Gorivna ćelija: Uređaj koji pretvara kemijsku energiju u električnu energiju. Najčešće gorivo je vodik, čiji je jedini nusprodukt vodena para.
Geologija: Pridjev koji opisuje sve što je povezano s fizičkom strukturom Zemlje, njezinim materijalima, poviješću i procesima koji se na njoj odvijaju. Ljudi koji rade u ovom području nazivaju se geolozima.
Globalno zatopljenje: Postupno povećanje ukupne temperature Zemljine atmosfere zbog efekta staklenika. Učinak je uzrokovan povećanjem razine ugljikovog dioksida, klorofluorougljika i drugih plinova u zraku, od kojih mnogi nastaju ljudskim aktivnostima.
Vodik: Najlakši element u svemiru. Kao plin, bezbojan je, bez mirisa i izuzetno zapaljiv. Sastavni je dio mnogih goriva, masti i kemikalija koje čine živo tkivo. Sastoji se od protona (jezgre) i elektrona koji kruži oko nje.
Inovacija: (glagol. inovirati; pril. inovirati) Prilagodba ili poboljšanje postojeće ideje, procesa ili proizvoda kako bi postao noviji, pametniji, učinkovitiji ili korisniji.
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.
Znanstvenik za materijale: Istraživač koji proučava odnos između atomske i molekularne strukture materijala i njegovih ukupnih svojstava. Znanstvenici za materijale mogu razvijati nove materijale ili analizirati postojeće. Analiza ukupnih svojstava materijala, poput gustoće, čvrstoće i tališta, može pomoći inženjerima i drugim istraživačima u odabiru najboljih materijala za nove primjene.
Molekula: Skupina električno neutralnih atoma koja predstavlja najmanju moguću količinu kemijskog 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: Tvar koja nešto zagađuje, poput zraka, vode, ljudi ili hrane. Neki zagađivači su kemikalije, 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 (poput klice, otrova, lijeka ili kiseline).
Obnovljivi: Pridjev koji se odnosi na resurs koji se može neograničeno nadopunjavati (poput vode, zelenih biljaka, sunčeve svjetlosti i vjetra). To je u suprotnosti s neobnovljivim resursima, koji imaju ograničene zalihe i mogu se učinkovito iscrpiti. Neobnovljivi resursi uključuju naftu (i druga fosilna goriva) ili relativno rijetke elemente i minerale.