Цементаре попут оне приказане овде су главни извор угљен-диоксида који загрева климу. Али неки од ових загађивача могу се претворити у нову врсту горива. Ова со се може безбедно складиштити деценијама или дуже.
Ово је још једна прича у серији која се бави новим технологијама и акцијама које могу успорити климатске промене, смањити њихов утицај или помоћи заједницама да се носе са брзо променљивим светом.
Активности које ослобађају угљен-диоксид (CO2), уобичајени гас стаклене баште, доприносе загревању Земљине атмосфере. Идеја о вађењу CO2 из ваздуха и његовом складиштењу није нова. Али је тешко извести је, посебно када људи могу себи да је приуште. Нови систем решава проблем загађења CO2 на мало другачији начин. Хемијски претвара гас који загрева климу у гориво.
Дана 15. новембра, истраживачи са Масачусетског технолошког института (МИТ) у Кембриџу објавили су своје револуционарне резултате у часопису Cell Reports Physical Science.
Њихов нови систем је подељен на два дела. Први део укључује претварање угљен-диоксида из ваздуха у молекул који се зове формиат за производњу горива. Као и угљен-диоксид, формиат садржи један атом угљеника и два атома кисеоника, као и један атом водоника. Формат такође садржи неколико других елемената. У новој студији је коришћена формијатна со, која је изведена из натријума или калијума.
Већина горивних ћелија ради на водоник, запаљиви гас који захтева цевоводе и резервоаре под притиском за транспорт. Међутим, горивне ћелије могу да раде и на формат. Формат има енергетски садржај упоредив са водоником, према речима Ли Јуа, научника за материјале који је водио развој новог система. Формат има неке предности у односу на водоник, приметио је Ли Ју. Безбеднији је и не захтева складиштење под високим притиском.
Истраживачи на МИТ-у су направили горивну ћелију за тестирање формат-а, који производе од угљен-диоксида. Прво су помешали со са водом. Смеша је затим убачена у горивну ћелију. Унутар горивне ћелије, формат је ослобађао електроне у хемијској реакцији. Ови електрони су текли од негативне електроде горивне ћелије до позитивне електроде, затварајући електрично коло. Ови текући електрони – електрична струја – били су присутни 200 сати током експеримента.
Жен Жанг, научник за материјале који ради са Лијем на МИТ-у, оптимистичан је да ће његов тим бити у стању да примени нову технологију у року од једне деценије.
Истраживачки тим МИТ-а користио је хемијску методу за претварање угљен-диоксида у кључни састојак за производњу горива. Прво су га изложили високо алкалном раствору. Изабрали су натријум хидроксид (NaOH), познатији као лужина. Ово покреће хемијску реакцију која производи натријум бикарбонат (NaHCO3), познатији као сода бикарбона.
Затим су укључили струју. Електрична струја је покренула нову хемијску реакцију која је раздвојила сваки атом кисеоника у молекулу соде бикарбоне, остављајући натријум формиат (NaCHO2). Њихов систем је претворио скоро сав угљеник у CO2 - више од 96 процената - у ову со.
Енергија потребна за уклањање кисеоника складишти се у хемијским везама формијата. Професор Ли је приметио да формијат може да складишти ову енергију деценијама без губитка потенцијалне енергије. Затим генерише електричну енергију када пролази кроз горивну ћелију. Ако електрична енергија која се користи за производњу формијата долази из соларне, ветроелектране или хидроелектране, електрична енергија коју генерише горивна ћелија биће чист извор енергије.
Да бисмо проширили нову технологију, рекао је Ли, „морамо пронаћи богате геолошке ресурсе луга“. Проучавао је врсту стене која се зове алкални базалт (AL-kuh-lye buh-SALT). Када се помешају са водом, ове стене се претварају у луг.
Фарзан Каземифар је инжењер на Државном универзитету Сан Хозе у Калифорнији. Његово истраживање се фокусира на складиштење угљен-диоксида у подземним формацијама соли. Уклањање угљен-диоксида из ваздуха је одувек било тешко и стога скупо, каже он. Зато је профитабилно претворити CO2 у употребљиве производе попут формијата. Цена производа може надокнадити трошкове производње.
Спроведено је много истраживања о хватању угљен-диоксида из ваздуха. На пример, тим научника са Универзитета Лихај недавно је описао другу методу за филтрирање угљен-диоксида из ваздуха и његово претварање у соду бикарбону. Друге истраживачке групе складиште CO2 у посебним стенама, претварајући га у чврсти угљеник који се затим може прерадити у етанол, алкохолно гориво. Већина ових пројеката је малог обима и још увек није имала значајан утицај на смањење високог нивоа угљен-диоксида у ваздуху.
Ова слика приказује кућу која ради на угљен-диоксид. Уређај приказан овде претвара угљен-диоксид (молекуле у црвеним и белим мехурићима) у со која се зове формиат (плави, црвени, бели и црни мехурићи). Ова со се затим може користити у горивној ћелији за производњу електричне енергије.
Каземифар је рекао да је наша најбоља опција да „прво смањимо емисије гасова стаклене баште“. Један од начина да се то уради јесте да се фосилна горива замене обновљивим изворима енергије попут ветра или сунца. Ово је део транзиције коју научници називају „декарбонизација“. Али је додао да ће заустављање климатских промена захтевати вишестрани приступ. Ова нова технологија је потребна за хватање угљеника у областима које је тешко декарбонизовати, рекао је. Узмимо челичане и цементаре, да наведемо два примера.
Тим са МИТ-а такође види предности у комбиновању своје нове технологије са соларном и енергијом ветра. Традиционалне батерије су дизајниране да складиште енергију недељама. Чување летње сунчеве светлости током зиме или дуже захтева другачији приступ. „Са форматним горивом“, рекао је Ли, више нисте ограничени чак ни на сезонско складиштење. „То би могло бити генерацијско.“
Можда не блиста као злато, али „могу да оставим 200 тона... формијата својим синовима и ћеркама“, рекао је Ли, „као наследство“.
Алкално: Придев који описује хемијску супстанцу која у раствору формира хидроксидне јоне (OH-). Ови раствори се називају и алкални (за разлику од киселих) и имају pH вредност већу од 7.
Аквифер: Стенска формација способна да држи подземне резервоаре воде. Термин се такође примењује на подземне басенове.
Базалт: Црна вулканска стена која је обично веома густа (осим ако вулканска ерупција није оставила велике џепове гаса у њој).
веза: (у хемији) полутрајна веза између атома (или група атома) у молекулу. Формирају је привлачне силе између атома који учествују. Када се везе формирају, атоми функционишу као јединица. Да би се раздвојили саставни атоми, молекулима мора бити доведена енергија у облику топлоте или другог зрачења.
Угљеник: Хемијски елемент који је физичка основа целог живота на Земљи. Угљеник постоји слободно у облику графита и дијаманта. Он је важна компонента угља, кречњака и нафте и способан је да се хемијски самоудружује и формира широк спектар молекула хемијске, биолошке и комерцијалне вредности. (У истраживањима климе) Термин угљеник се понекад користи готово наизменично са угљен-диоксидом да би се означио потенцијални утицај који нека акција, производ, политика или процес могу имати на дугорочно загревање атмосфере.
Угљен-диоксид: (или CO2) је безбојни гас без мириса који производе све животиње када кисеоник који удишу реагује са храном богатом угљеником коју једу. Угљен-диоксид се такође ослобађа када се органска материја, укључујући фосилна горива попут нафте или природног гаса, сагорева. Угљен-диоксид је гас стаклене баште који задржава топлоту у Земљиној атмосфери. Биљке претварају угљен-диоксид у кисеоник путем фотосинтезе и користе овај процес за производњу сопствене хране.
Цемент: Везивно средство које се користи за спајање два материјала, узрокујући његово стврдњавање у чврсту супстанцу, или густи лепак који се користи за спајање два материјала. (Грађевинарство) Фино млевени материјал који се користи за везивање песка или дробљеног камена да би се формирао бетон. Цемент се обично прави у облику праха. Али када се покваси, претвара се у блатњаву кашу која се стврдњава када се осуши.
Хемијска супстанца: Супстанца састављена од два или више атома спојених (везаних) у фиксној пропорцији и структури. На пример, вода је хемијска супстанца састављена од два атома водоника везаних за један атом кисеоника. Њена хемијска формула је H2O. „Хемијска“ се такође може користити као придев за описивање својстава супстанце која су резултат различитих реакција између различитих једињења.
Хемијска веза: Сила привлачења између атома која је довољно јака да доведе до тога да повезани елементи функционишу као целина. Неке привлачења су слабе, друге су јаке. Све везе изгледа повезују атоме дељењем (или покушајем дељења) електрона.
Хемијска реакција: Процес који укључује преуређење молекула или структура супстанце, а не промену физичког облика (нпр. из чврстог у гасовито стање).
Хемија: грана науке која проучава састав, структуру, својства и интеракције супстанци. Научници користе ово знање за проучавање непознатих супстанци, за репродукцију корисних супстанци у великим количинама или за дизајнирање и стварање нових корисних супстанци. (хемијских једињења) Хемија се такође односи на формулу једињења, метод којим се оно припрема или нека од његових својстава. Људи који раде у овој области називају се хемичари. (у друштвеним наукама) способност људи да сарађују, слажу се и уживају у међусобном друштву.
Климатске промене: Значајна, дугорочна промена Земљине климе. Ово се може десити природно или као резултат људских активности, укључујући сагоревање фосилних горива и крчење шума.
Декарбонизација: односи се на намерни прелазак са загађујућих технологија, активности и извора енергије који емитују гасове стаклене баште на бази угљеника, као што су угљен-диоксид и метан, у атмосферу. Циљ је смањење количине угљеничних гасова који доприносе климатским променама.
Електрицитет: Проток електричног набоја, обично резултат кретања негативно наелектрисаних честица названих електрони.
Електрон: негативно наелектрисана честица која обично кружи око спољашњег дела атома; такође је носилац електрицитета у чврстим телима.
Инжењер: Неко ко користи науку и математику за решавање проблема. Када се користи као глагол, реч инжењер се односи на пројектовање уређаја, материјала или процеса за решавање проблема или незадовољене потребе.
Етанол: Алкохол, такође назван етил алкохол, који је основа за алкохолна пића као што су пиво, вино и жестока пића. Такође се користи као растварач и гориво (на пример, често се меша са бензином).
Филтер: (им.) Нешто што пропушта неке материјале, а друге, у зависности од њихове величине или других карактеристика. (в.) Процес селекције одређених супстанци на основу својстава као што су величина, густина, наелектрисање итд. (у физици) Заслон, плоча или слој супстанце који апсорбује светлост или друго зрачење или селективно спречава пролазак неких њених компоненти.
Формат: Општи термин за соли или естре мравље киселине, оксидовани облик масне киселине. (Естар је једињење на бази угљеника које настаје заменом атома водоника одређених киселина одређеним врстама органских група. Многе масти и етерична уља су природни естри масних киселина.)
Фосилно гориво: Било које гориво, као што су угаљ, нафта (сирова нафта) или природни гас, које је настало током милиона година унутар Земље од распадајућих остатака бактерија, биљака или животиња.
Гориво: Било која супстанца која ослобађа енергију путем контролисане хемијске или нуклеарне реакције. Фосилна горива (угаљ, природни гас и нафта) су уобичајена горива која ослобађају енергију путем хемијских реакција када се загревају (обично до тачке сагоревања).
Горивна ћелија: Уређај који претвара хемијску енергију у електричну енергију. Најчешће гориво је водоник, чији је једини нуспроизвод водена пара.
Геологија: Придев који описује све што је везано за физичку структуру Земље, њене материјале, историју и процесе који се на њој одвијају. Људи који раде у овој области називају се геолози.
Глобално загревање: Постепено повећање укупне температуре Земљине атмосфере услед ефекта стаклене баште. Ефекат је узрокован повећањем нивоа угљен-диоксида, хлорофлуороугљеника и других гасова у ваздуху, од којих многи настају услед људских активности.
Водоник: Најлакши елемент у универзуму. Као гас, безбојан је, без мириса и изузетно запаљив. Саставни је део многих горива, масти и хемикалија које чине живо ткиво. Састоји се од протона (језгра) и електрона који кружи око њега.
Иновација: (г. иновирати; прил. иновирати) Прилагођавање или побољшање постојеће идеје, процеса или производа како би се учинио новијим, паметнијим, ефикаснијим или кориснијим.
Луг: Општи назив за раствор натријум хидроксида (NaOH). Луг се често меша са биљним уљима или животињским мастима и другим састојцима да би се направио чврсти сапун.
Научник за материјале: Истраживач који проучава везу између атомске и молекуларне структуре материјала и његових укупних својстава. Научници за материјале могу развијати нове материјале или анализирати постојеће. Анализирање укупних својстава материјала, као што су густина, чврстоћа и тачка топљења, може помоћи инжењерима и другим истраживачима да одаберу најбоље материјале за нове примене.
Молекул: Група електрично неутралних атома која представља најмању могућу количину хемијског једињења. Молекули могу бити састављени од једне врсте атома или различитих врста атома. На пример, кисеоник у ваздуху се састоји од два атома кисеоника (O2), а вода се састоји од два атома водоника и једног атома кисеоника (H2O).
Загађивач: Супстанца која загађује нешто, као што су ваздух, вода, људи или храна. Неки загађивачи су хемикалије, као што су пестициди. Други загађивачи могу бити зрачење, укључујући прекомерну топлоту или светлост. Чак се и коров и друге инвазивне врсте могу сматрати обликом биообраштања.
Моћан: Придев који се односи на нешто што је веома јако или моћно (као што је клица, отров, лек или киселина).
Обновљив: Придев који се односи на ресурс који се може заменити унедоглед (као што су вода, зелене биљке, сунчева светлост и ветар). Ово је у супротности са необновљивим ресурсима, који имају ограничене залихе и могу се ефикасно исцрпети. Необновљиви ресурси укључују нафту (и друга фосилна горива) или релативно ретке елементе и минерале.