Cementárne, ako je tá, ktorá je tu zobrazená, sú hlavným zdrojom oxidu uhličitého, ktorý otepľuje klímu. Niektoré z týchto znečisťujúcich látok sa však dajú premeniť na nový typ paliva. Túto soľ je možné bezpečne skladovať desaťročia alebo aj dlhšie.
Toto je ďalší príbeh zo série, ktorá sa zaoberá novými technológiami a opatreniami, ktoré môžu spomaliť klimatické zmeny, znížiť ich dopady alebo pomôcť komunitám vyrovnať sa s rýchlo sa meniacim svetom.
Činnosti, ktoré uvoľňujú oxid uhličitý (CO2), bežný skleníkový plyn, prispievajú k otepľovaniu zemskej atmosféry. Myšlienka extrahovania CO2 zo vzduchu a jeho ukladania nie je nová. Je však ťažké ju realizovať, najmä keď si to ľudia môžu dovoliť. Nový systém rieši problém znečistenia CO2 trochu iným spôsobom. Chemicky premieňa plyn otepľujúci klímu na palivo.
Výskumníci z Massachusettského technologického inštitútu (MIT) v Cambridge publikovali 15. novembra svoje prelomové výsledky v časopise Cell Reports Physical Science.
Ich nový systém je rozdelený na dve časti. Prvá časť zahŕňa premenu oxidu uhličitého zo vzduchu na molekulu nazývanú mravčan na výrobu paliva. Rovnako ako oxid uhličitý, aj mravčan obsahuje jeden atóm uhlíka a dva atómy kyslíka, ako aj jeden atóm vodíka. Mravčan obsahuje aj niekoľko ďalších prvkov. V novej štúdii sa použila mravčanová soľ, ktorá je odvodená od sodíka alebo draslíka.
Väčšina palivových článkov beží na vodík, horľavý plyn, ktorého preprava vyžaduje potrubia a tlakové nádrže. Palivové články však môžu bežať aj na mravčan. Mravčan má energetický obsah porovnateľný s vodíkom, uviedol Li Ju, materiálový vedec, ktorý viedol vývoj nového systému. Mravčan má oproti vodíku určité výhody, poznamenal Li Ju. Je bezpečnejší a nevyžaduje skladovanie pod vysokým tlakom.
Výskumníci z MIT vytvorili palivový článok na testovanie mravčanu, ktorý vyrábajú z oxidu uhličitého. Najprv zmiešali soľ s vodou. Zmes bola potom vložená do palivového článku. Vo vnútri palivového článku mravčan uvoľňoval elektróny chemickou reakciou. Tieto elektróny prúdili zo zápornej elektródy palivového článku na kladnú elektródu, čím uzatvárali elektrický obvod. Tieto prúdiace elektróny – elektrický prúd – boli prítomné počas 200 hodín experimentu.
Zhen Zhang, materiálový vedec spolupracujúci s Li na MIT, je optimistický, že jeho tím bude schopný novú technológiu rozšíriť do desiatich rokov.
Výskumný tím MIT použil chemickú metódu na premenu oxidu uhličitého na kľúčovú zložku pre výrobu paliva. Najprv ho vystavili vysoko zásaditému roztoku. Zvolili hydroxid sodný (NaOH), bežne známy ako lúh. To spustí chemickú reakciu, ktorá produkuje hydrogénuhličitan sodný (NaHCO3), známejší ako sóda bikarbóna.
Potom zapli prúd. Elektrický prúd spustil novú chemickú reakciu, ktorá rozštiepila každý atóm kyslíka v molekule sódy bikarbóny a zanechala mravčan sodný (NaCHO2). Ich systém premenil takmer všetok uhlík v CO2 – viac ako 96 percent – ​​na túto soľ.
Energia potrebná na odstránenie kyslíka je uložená v chemických väzbách mravčanu. Profesor Li poznamenal, že mravčan dokáže túto energiu uchovávať desaťročia bez straty potenciálnej energie. Pri prechode palivovým článkom potom generuje elektrinu. Ak elektrina použitá na výrobu mravčanu pochádza zo slnečnej, veternej alebo vodnej energie, elektrina vyrobená palivovým článkom bude čistým zdrojom energie.
Lee povedal, že na rozšírenie novej technológie „musíme nájsť bohaté geologické zdroje lúhu“. Študoval typ horniny nazývanej alkalický čadič (AL-kuh-lye buh-SALT). Po zmiešaní s vodou sa tieto horniny premenia na lúh.
Farzan Kazemifar je inžinier na Štátnej univerzite v San Jose v Kalifornii. Jeho výskum sa zameriava na ukladanie oxidu uhličitého v podzemných soľných formáciách. Odstraňovanie oxidu uhličitého zo vzduchu bolo vždy náročné a preto drahé, hovorí. Preto je ziskové premieňať CO2 na použiteľné produkty, ako je mravčan. Náklady na produkt môžu kompenzovať náklady na výrobu.
V oblasti zachytávania oxidu uhličitého zo vzduchu sa uskutočnilo množstvo výskumov. Napríklad tím vedcov z Lehigh University nedávno opísal ďalšiu metódu filtrovania oxidu uhličitého zo vzduchu a jeho premeny na sódu bikarbónu. Iné výskumné skupiny ukladajú CO2 v špeciálnych horninách, kde ho premieňajú na pevný uhlík, ktorý sa potom môže spracovať na etanol, alkoholové palivo. Väčšina týchto projektov je malého rozsahu a zatiaľ nemala významný vplyv na zníženie vysokých hladín oxidu uhličitého vo vzduchu.
Tento obrázok zobrazuje dom, ktorý je napájaný oxidom uhličitým. Zobrazené zariadenie premieňa oxid uhličitý (molekuly v červených a bielych bublinách) na soľ nazývanú formiát (modré, červené, biele a čierne bubliny). Táto soľ sa potom môže použiť v palivovom článku na výrobu elektriny.
Kazemifar povedal, že našou najlepšou možnosťou je „najprv znížiť emisie skleníkových plynov“. Jedným zo spôsobov, ako to dosiahnuť, je nahradiť fosílne palivá obnoviteľnými zdrojmi energie, ako je vietor alebo slnko. Toto je súčasť prechodu, ktorý vedci nazývajú „dekarbonizácia“. Dodal však, že zastavenie klimatických zmien si bude vyžadovať mnohostranný prístup. Táto nová technológia je potrebná na zachytávanie uhlíka v oblastiach, ktoré je ťažké dekarbonizovať, povedal. Vezmime si napríklad oceliarne a cementárne.
Tím MIT tiež vidí výhody v kombinácii svojej novej technológie so solárnou a veternou energiou. Tradičné batérie sú navrhnuté tak, aby ukladali energiu celé týždne. Ukladanie letného slnečného žiarenia do zimy alebo dlhšie si vyžaduje iný prístup. „S formiátovým palivom,“ povedal Lee, už nie ste obmedzení ani na sezónne skladovanie. „Mohlo by to byť generačné.“
Možno sa to netrblieta ako zlato, ale „môžem svojim synom a dcéram zanechať 200 ton... mravčanu,“ povedal Lee, „ako dedičstvo.“
Alkalický: Prídavné meno opisujúce chemickú látku, ktorá v roztoku tvorí hydroxidové ióny (OH-). Tieto roztoky sa tiež nazývajú alkalické (na rozdiel od kyslých) a majú pH vyššie ako 7.
Vodonosná vrstva: Skalný útvar schopný zadržiavať podzemné zásobníky vody. Tento termín sa vzťahuje aj na podzemné panvy.
Čadič: Čierna sopečná hornina, ktorá je zvyčajne veľmi hustá (pokiaľ v nej sopečná erupcia nezanechala veľké plynové bubliny).
väzba: (v chémii) polotrvalé spojenie medzi atómami (alebo skupinami atómov) v molekule. Vzniká pôsobením príťažlivých síl medzi zúčastnenými atómami. Po vytvorení väzieb atómy fungujú ako jednotka. Na oddelenie jednotlivých atómov musí byť molekulám dodaná energia vo forme tepla alebo iného žiarenia.
Uhlík: Chemický prvok, ktorý je fyzikálnym základom všetkého života na Zemi. Uhlík existuje voľne vo forme grafitu a diamantu. Je dôležitou zložkou uhlia, vápenca a ropy a je schopný chemicky sa spájať za vzniku širokej škály molekúl s chemickou, biologickou a komerčnou hodnotou. (Vo výskume klímy) Pojem uhlík sa niekedy používa takmer zameniteľne s pojmom oxid uhličitý na označenie potenciálneho vplyvu, ktorý môže mať činnosť, produkt, politika alebo proces na dlhodobé otepľovanie atmosféry.
Oxid uhličitý: (alebo CO2) je bezfarebný plyn bez zápachu, ktorý produkujú všetky zvieratá, keď kyslík, ktorý dýchajú, reaguje s potravou bohatou na uhlík, ktorú konzumujú. Oxid uhličitý sa uvoľňuje aj pri spaľovaní organickej hmoty vrátane fosílnych palív, ako je ropa alebo zemný plyn. Oxid uhličitý je skleníkový plyn, ktorý zachytáva teplo v zemskej atmosfére. Rastliny premieňajú oxid uhličitý na kyslík prostredníctvom fotosyntézy a tento proces využívajú na výrobu vlastnej potravy.
Cement: Spojivo používané na spájanie dvoch materiálov, ktoré spôsobuje ich stvrdnutie do pevnej látky, alebo husté lepidlo používané na spájanie dvoch materiálov. (Stavebníctvo) Jemne mletý materiál používaný na spájanie piesku alebo drvenej horniny za vzniku betónu. Cement sa zvyčajne vyrába ako prášok. Ale akonáhle zmokne, zmení sa na kalnú kašu, ktorá po zaschnutí stvrdne.
Chemikália: Látka zložená z dvoch alebo viacerých atómov spojených (viazaných) v pevnom pomere a štruktúre. Napríklad voda je chemická látka zložená z dvoch atómov vodíka viazaných na jeden atóm kyslíka. Jej chemický vzorec je H2O. Slovo „chemikália“ sa môže použiť aj ako prídavné meno na opis vlastností látky, ktoré sú výsledkom rôznych reakcií medzi rôznymi zlúčeninami.
Chemická väzba: Príťažlivá sila medzi atómami, ktorá je dostatočne silná na to, aby spôsobila, že viazané prvky fungujú ako celok. Niektoré príťažlivosti sú slabé, iné silné. Zdá sa, že všetky väzby spájajú atómy zdieľaním (alebo pokusom o zdieľanie) elektrónov.
Chemická reakcia: Proces zahŕňajúci preskupenie molekúl alebo štruktúr látky, a nie zmenu fyzikálnej formy (napr. z pevnej na plynnú).
Chémia: odvetvie vedy, ktoré študuje zloženie, štruktúru, vlastnosti a interakcie látok. Vedci využívajú tieto poznatky na štúdium neznámych látok, na reprodukciu užitočných látok vo veľkých množstvách alebo na navrhovanie a vytváranie nových užitočných látok. (chemických zlúčenín) Chémia sa tiež vzťahuje na vzorec zlúčeniny, spôsob jej prípravy alebo niektoré z jej vlastností. Ľudia, ktorí pracujú v tejto oblasti, sa nazývajú chemici. (v spoločenských vedách) schopnosť ľudí spolupracovať, vychádzať medzi sebou a užívať si vzájomnú spoločnosť.
Klimatická zmena: Významná, dlhodobá zmena zemskej klímy. Môže k nej dôjsť prirodzene alebo v dôsledku ľudskej činnosti vrátane spaľovania fosílnych palív a odlesňovania.
Dekarbonizácia: označuje zámerný prechod od znečisťujúcich technológií, činností a zdrojov energie, ktoré do atmosféry uvoľňujú skleníkové plyny na báze uhlíka, ako je oxid uhličitý a metán. Cieľom je znížiť množstvo uhlíkových plynov, ktoré prispievajú ku klimatickým zmenám.
Elektrina: Tok elektrického náboja, zvyčajne vyplývajúci z pohybu záporne nabitých častíc nazývaných elektróny.
Elektrón: záporne nabitá častica, ktorá zvyčajne obieha okolo vonkajšej oblasti atómu; je tiež nosičom elektriny v pevných látkach.
Inžinier: Niekto, kto používa vedu a matematiku na riešenie problémov. Keď sa slovo inžinier používa ako sloveso, vzťahuje sa na navrhovanie zariadenia, materiálu alebo procesu na riešenie problému alebo neuspokojenej potreby.
Etanol: Alkohol, nazývaný aj etylalkohol, ktorý je základom alkoholických nápojov, ako je pivo, víno a liehoviny. Používa sa aj ako rozpúšťadlo a palivo (napríklad často v zmesi s benzínom).
Filter: (podstatné meno) Niečo, čo prepúšťa niektoré materiály a iné v závislosti od ich veľkosti alebo iných charakteristík. (sloveso) Proces výberu určitých látok na základe vlastností, ako je veľkosť, hustota, náboj atď. (vo fyzike) Clona, ​​doska alebo vrstva látky, ktorá absorbuje svetlo alebo iné žiarenie alebo selektívne zabraňuje prechodu niektorých jej zložiek.
Formiát: Všeobecný termín pre soli alebo estery kyseliny mravčej, oxidovanú formu mastnej kyseliny. (Ester je zlúčenina na báze uhlíka, ktorá vzniká nahradením atómov vodíka určitých kyselín určitými typmi organických skupín. Mnohé tuky a esenciálne oleje sú prirodzene sa vyskytujúce estery mastných kyselín.)
Fosílne palivo: Akékoľvek palivo, ako napríklad uhlie, ropa (surová ropa) alebo zemný plyn, ktoré vzniklo v priebehu miliónov rokov v útrobách Zeme z rozkladajúcich sa zvyškov baktérií, rastlín alebo živočíchov.
Palivo: Akákoľvek látka, ktorá uvoľňuje energiu prostredníctvom kontrolovanej chemickej alebo jadrovej reakcie. Fosílne palivá (uhlie, zemný plyn a ropa) sú bežné palivá, ktoré uvoľňujú energiu prostredníctvom chemických reakcií pri zahrievaní (zvyčajne do bodu spaľovania).
Palivový článok: Zariadenie, ktoré premieňa chemickú energiu na elektrickú energiu. Najbežnejším palivom je vodík, ktorého jediným vedľajším produktom je vodná para.
Geológia: Prídavné meno opisujúce všetko, čo súvisí s fyzickou štruktúrou Zeme, jej materiálmi, históriou a procesmi, ktoré na nej prebiehajú. Ľudia, ktorí pracujú v tejto oblasti, sa nazývajú geológovia.
Globálne otepľovanie: Postupné zvyšovanie celkovej teploty zemskej atmosféry v dôsledku skleníkového efektu. Tento efekt je spôsobený zvyšujúcimi sa hladinami oxidu uhličitého, chlórfluórovaných uhľovodíkov a iných plynov vo vzduchu, z ktorých mnohé pochádzajú z ľudskej činnosti.
Vodík: Najľahší prvok vo vesmíre. Ako plyn je bezfarebný, bez zápachu a extrémne horľavý. Je súčasťou mnohých palív, tukov a chemikálií, ktoré tvoria živé tkanivo. Skladá sa z protónu (jadra) a elektrónu, ktorý ho obieha.
Inovácia: (sloveso inovovať; príd. jm. inovovať) Úprava alebo vylepšenie existujúcej myšlienky, procesu alebo produktu s cieľom urobiť ho novším, inteligentnejším, efektívnejším alebo užitočnejším.
Lúh: Všeobecný názov pre roztok hydroxidu sodného (NaOH). Lúh sa často mieša s rastlinnými olejmi alebo živočíšnymi tukmi a inými zložkami na výrobu tuhého mydla.
Vedec zaoberajúci sa materiálmi: Výskumník, ktorý študuje vzťah medzi atómovou a molekulárnou štruktúrou materiálu a jeho celkovými vlastnosťami. Vedci zaoberajúci sa materiálmi môžu vyvíjať nové materiály alebo analyzovať existujúce. Analýza celkových vlastností materiálu, ako je hustota, pevnosť a bod topenia, môže pomôcť inžinierom a iným výskumníkom vybrať najlepšie materiály pre nové aplikácie.
Molekula: Skupina elektricky neutrálnych atómov, ktorá predstavuje najmenšie možné množstvo chemickej zlúčeniny. Molekuly môžu byť zložené z jedného typu atómu alebo z rôznych typov atómov. Napríklad kyslík vo vzduchu sa skladá z dvoch atómov kyslíka (O2) a voda sa skladá z dvoch atómov vodíka a jedného atómu kyslíka (H2O).
Znečisťujúca látka: Látka, ktorá niečo kontaminuje, napríklad vzduch, vodu, ľudí alebo potraviny. Niektoré znečisťujúce látky sú chemikálie, ako napríklad pesticídy. Ďalšími znečisťujúcimi látkami môže byť žiarenie vrátane nadmerného tepla alebo svetla. Dokonca aj burinu a iné invázne druhy možno považovať za formu biologického znečistenia.
Silný: Prídavné meno, ktoré označuje niečo veľmi silné alebo účinné (napríklad choroboplodný zárodok, jed, liek alebo kyselina).
Obnoviteľný: Prídavné meno označujúce zdroj, ktorý možno donekonečna nahrádzať (napríklad voda, zelené rastliny, slnečné svetlo a vietor). To je v kontraste s neobnoviteľnými zdrojmi, ktoré majú obmedzené zásoby a môžu byť efektívne vyčerpané. Medzi neobnoviteľné zdroje patrí ropa (a iné fosílne palivá) alebo relatívne vzácne prvky a minerály.