Cementa rūpnīcas, piemēram, šeit redzamā, ir galvenais klimatu sasildošās oglekļa dioksīda avots. Taču dažus no šiem piesārņotājiem var pārveidot par jauna veida degvielu. Šo sāli var droši uzglabāt gadu desmitiem vai ilgāk.
Šis ir vēl viens stāsts sērijā, kurā aplūkotas jaunas tehnoloģijas un darbības, kas var palēnināt klimata pārmaiņas, mazināt to ietekmi vai palīdzēt kopienām tikt galā ar strauji mainīgo pasauli.
Darbības, kuru rezultātā izdalās oglekļa dioksīds (CO2), kas ir izplatīta siltumnīcefekta gāze, veicina Zemes atmosfēras sasilšanu. Ideja par CO2 iegūšanu no gaisa un tā uzglabāšanu nav jauna. Taču to ir grūti īstenot, it īpaši, ja cilvēki to var atļauties. Jauna sistēma risina CO2 piesārņojuma problēmu nedaudz citādā veidā. Tā ķīmiski pārveido klimatu sasilstošo gāzi degvielā.
15. novembrī Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT) pētnieki Kembridžā publicēja savus revolucionāros rezultātus žurnālā Cell Reports Physical Science.
Viņu jaunā sistēma ir sadalīta divās daļās. Pirmajā daļā gaisa oglekļa dioksīds tiek pārveidots par molekulu, ko sauc par formiātu, lai ražotu degvielu. Tāpat kā oglekļa dioksīds, formāts satur vienu oglekļa atomu un divus skābekļa atomus, kā arī vienu ūdeņraža atomu. Formiāts satur arī vairākus citus elementus. Jaunajā pētījumā tika izmantots formiāta sāls, kas tiek iegūts no nātrija vai kālija.
Lielākā daļa degvielas elementu darbojas ar ūdeņradi — viegli uzliesmojošu gāzi, kuras transportēšanai nepieciešami cauruļvadi un spiediena tvertnes. Tomēr degvielas elementi var darboties arī ar formiātu. Formiāta enerģijas saturs ir salīdzināms ar ūdeņradi, norāda materiālzinātnieks Li Dzju, kurš vadīja jaunās sistēmas izstrādi. Formiātam ir dažas priekšrocības salīdzinājumā ar ūdeņradi, atzīmēja Li Dzju. Tas ir drošāks un neprasa uzglabāšanas augstspiedienā.
MIT pētnieki izveidoja degvielas elementu, lai pārbaudītu formiātu, ko viņi ražo no oglekļa dioksīda. Vispirms viņi sajauca sāli ar ūdeni. Pēc tam maisījums tika ievadīts degvielas elementā. Degvielas elementa iekšpusē formiāts ķīmiskās reakcijas rezultātā atbrīvoja elektronus. Šie elektroni plūda no degvielas elementa negatīvā elektroda uz pozitīvo elektrodu, noslēdzot elektrisko ķēdi. Šie plūstošie elektroni — elektriskā strāva — eksperimenta laikā bija klāt 200 stundas.
Džens Džans, materiālzinātnieks, kas strādā kopā ar Li MIT, ir optimistiski noskaņots, ka viņa komanda spēs ieviest jauno tehnoloģiju desmit gadu laikā.
MIT pētnieku komanda izmantoja ķīmisku metodi, lai pārvērstu oglekļa dioksīdu par galveno sastāvdaļu degvielas ražošanā. Vispirms viņi to pakļāva ļoti sārmainam šķīdumam. Viņi izvēlējās nātrija hidroksīdu (NaOH), kas plašāk pazīstams kā sārms. Tas izraisa ķīmisku reakciju, kuras rezultātā rodas nātrija bikarbonāts (NaHCO3), kas labāk pazīstams kā cepamā soda.
Tad viņi ieslēdza strāvu. Elektriskā strāva izraisīja jaunu ķīmisku reakciju, kas sadalīja visus skābekļa atomus cepamās sodas molekulā, atstājot aiz sevis nātrija formiātu (NaCHO2). Viņu sistēma gandrīz visu CO2 esošo oglekli — vairāk nekā 96 procentus — pārvērta šajā sālī.
Enerģija, kas nepieciešama skābekļa atdalīšanai, tiek uzkrāta formiāta ķīmiskajās saitēs. Profesors Li atzīmēja, ka formiāts var uzglabāt šo enerģiju gadu desmitiem, nezaudējot potenciālo enerģiju. Pēc tam, izejot cauri degvielas elementam, tas ģenerē elektrību. Ja elektroenerģija, ko izmanto formiāta ražošanai, nāk no saules, vēja vai hidroelektrostacijas, tad degvielas elementa saražotā elektroenerģija būs tīrs enerģijas avots.
Lai paplašinātu jaunās tehnoloģijas mērogu, Lī teica: "Mums ir jāatrod bagātīgi sārmu ģeoloģiskie resursi." Viņš pētīja iežu veidu, ko sauc par sārmu bazaltu (AL-kuh-lye buh-SALT). Sajaucot ar ūdeni, šie ieži pārvēršas sārmos.
Farzans Kazemifars ir inženieris Sanhosē štata universitātē Kalifornijā. Viņa pētījumi koncentrējas uz oglekļa dioksīda uzglabāšanu pazemes sāls veidojumos. Viņš saka, ka oglekļa dioksīda atdalīšana no gaisa vienmēr ir bijusi sarežģīta un tāpēc dārga. Tāpēc ir izdevīgi pārvērst CO2 izmantojamos produktos, piemēram, formiātā. Produkta izmaksas var kompensēt ražošanas izmaksas.
Ir veikti daudzi pētījumi par oglekļa dioksīda uztveršanu no gaisa. Piemēram, Lehigh universitātes zinātnieku komanda nesen aprakstīja citu metodi oglekļa dioksīda filtrēšanai no gaisa un tā pārvēršanai cepamajā sodā. Citas pētnieku grupas uzglabā CO2 īpašos iežos, pārvēršot to cietā ogleklī, ko pēc tam var pārstrādāt etanolā — spirta degvielā. Lielākā daļa šo projektu ir maza mēroga un vēl nav būtiski ietekmējuši augsta oglekļa dioksīda līmeņa samazināšanu gaisā.
Šajā attēlā redzama māja, kas darbojas ar oglekļa dioksīdu. Šeit redzamā ierīce pārveido oglekļa dioksīdu (molekulas sarkanajos un baltajos burbuļos) par sāli, ko sauc par formiātu (zilie, sarkanie, baltie un melnie burbuļi). Šo sāli pēc tam var izmantot degvielas elementā elektroenerģijas ražošanai.
Kazemifars sacīja, ka mūsu labākā iespēja ir “vispirms samazināt siltumnīcefekta gāzu emisijas”. Viens no veidiem, kā to izdarīt, ir aizstāt fosilo kurināmo ar atjaunojamiem enerģijas avotiem, piemēram, vēja vai saules enerģiju. Tā ir daļa no pārejas posma, ko zinātnieki sauc par “dekarbonizāciju”. Taču viņš piebilda, ka klimata pārmaiņu apturēšanai būs nepieciešama daudzpusīga pieeja. Viņš teica, ka šī jaunā tehnoloģija ir nepieciešama, lai uztvertu oglekli apgabalos, kurus ir grūti dekarbonizēt. Piemēram, tērauda rūpnīcas un cementa rūpnīcas.
MIT komanda saskata arī ieguvumus, apvienojot savu jauno tehnoloģiju ar saules un vēja enerģiju. Tradicionālās baterijas ir paredzētas enerģijas uzglabāšanai nedēļām ilgi. Vasaras saules gaismas uzglabāšana ziemā vai ilgāk prasa atšķirīgu pieeju. "Ar formiāta degvielu," sacīja Lī, vairs nav jāierobežo pat ar sezonālu uzkrāšanu. "Tas varētu būt paaudžu maiņas process."
Tas varbūt nemirkšķinās kā zelts, bet “es varu atstāt 200 tonnas… formāta saviem dēliem un meitām mantojumā,” sacīja Lī.
Sārmains: īpašības vārds, kas apraksta ķīmisku vielu, kas šķīdumā veido hidroksīda jonus (OH-). Šos šķīdumus sauc arī par sārmainiem (atšķirībā no skābiem), un to pH ir lielāks par 7.
Ūdens nesējslānis: iežu veidojums, kas spēj saturēt pazemes ūdens rezervuārus. Šis termins attiecas arī uz pazemes baseiniem.
Bazalts: melns vulkānisks iezis, kas parasti ir ļoti blīvs (ja vien vulkāna izvirdums tajā nav atstājis lielas gāzes kabatas).
saite: (ķīmijā) daļēji pastāvīga saikne starp atomiem (vai atomu grupām) molekulā. To veido pievilkšanās spēki starp iesaistītajiem atomiem. Kad saites ir izveidojušās, atomi darbojas kā vienota vienība. Lai atdalītu veidojošos atomus, molekulām jāpievada enerģija siltuma vai cita starojuma veidā.
Ogleklis: ķīmisks elements, kas ir visas dzīvības fizikālais pamats uz Zemes. Ogleklis brīvi pastāv grafīta un dimanta veidā. Tas ir svarīga ogļu, kaļķakmens un naftas sastāvdaļa, un tas spēj ķīmiski pašsaistīties, veidojot plašu ķīmiskas, bioloģiskas un komerciālas vērtības molekulu klāstu. (Klimata pētījumos) Termins "ogleklis" dažreiz tiek lietots gandrīz kā sinonīms ar oglekļa dioksīdu, lai apzīmētu darbības, produkta, politikas vai procesa potenciālo ietekmi uz atmosfēras ilgtermiņa sasilšanu.
Oglekļa dioksīds: (jeb CO2) ir bezkrāsaina, bez smaržas gāze, ko rada visi dzīvnieki, kad to ieelpotais skābeklis reaģē ar oglekli saturošu pārtiku, ko tie ēd. Oglekļa dioksīds izdalās arī tad, kad tiek sadedzinātas organiskās vielas, tostarp fosilais kurināmais, piemēram, nafta vai dabasgāze. Oglekļa dioksīds ir siltumnīcefekta gāze, kas aiztur siltumu Zemes atmosfērā. Augi fotosintēzes ceļā pārvērš oglekļa dioksīdu skābeklī un izmanto šo procesu, lai ražotu savu pārtiku.
Cements: Saistviela, ko izmanto divu materiālu savienošanai kopā, izraisot to sacietēšanu cietā vielā, vai bieza līme, ko izmanto divu materiālu savienošanai kopā. (Būvniecība) Smalki samalts materiāls, ko izmanto, lai saistītu smiltis vai sasmalcinātus iežus, veidojot betonu. Cementu parasti ražo pulvera veidā. Bet, kad tas kļūst mitrs, tas pārvēršas dubļainā suspensijā, kas sacietē, žūstot.
Ķīmiska viela: Viela, kas sastāv no diviem vai vairākiem atomiem, kas savienoti (savienoti) fiksētā proporcijā un struktūrā. Piemēram, ūdens ir ķīmiska viela, kas sastāv no diviem ūdeņraža atomiem, kas saistīti ar vienu skābekļa atomu. Tās ķīmiskā formula ir H2O. Vārdu “ķīmiska” var lietot arī kā īpašības vārdu, lai aprakstītu vielas īpašības, kas rodas dažādu reakciju rezultātā starp dažādiem savienojumiem.
Ķīmiskā saite: Pievilkšanās spēks starp atomiem, kas ir pietiekami spēcīgs, lai saistītie elementi darbotos kā vienots veselums. Dažas pievilkšanās ir vājas, citas ir spēcīgas. Visas saites, šķiet, savieno atomus, koplietojot (vai mēģinot koplietot) elektronus.
Ķīmiskā reakcija: process, kurā notiek vielas molekulu vai struktūru pārkārtošanās, nevis fizikālās formas maiņa (piemēram, no cietas vielas uz gāzveida vielu).
Ķīmija: zinātnes nozare, kas pēta vielu sastāvu, struktūru, īpašības un mijiedarbību. Zinātnieki izmanto šīs zināšanas, lai pētītu nepazīstamas vielas, reproducētu noderīgas vielas lielos daudzumos vai izstrādātu un radītu jaunas noderīgas vielas. (ķīmisko savienojumu) Ķīmija attiecas arī uz savienojuma formulu, metodi, ar kuru tas tiek pagatavots, vai dažām tā īpašībām. Cilvēkus, kas strādā šajā jomā, sauc par ķīmiķiem. (sociālajās zinātnēs) cilvēku spēja sadarboties, sadzīvot un baudīt vienam otra sabiedrību.
Klimata pārmaiņas: būtiskas, ilgtermiņa Zemes klimata izmaiņas. Tās var notikt dabiski vai cilvēka darbības rezultātā, tostarp fosilā kurināmā dedzināšanas un mežu izciršanas rezultātā.
Dekarbonizācija: attiecas uz apzinātu pāreju no piesārņojošām tehnoloģijām, darbībām un enerģijas avotiem, kas atmosfērā izdala oglekļa bāzes siltumnīcefekta gāzes, piemēram, oglekļa dioksīdu un metānu. Mērķis ir samazināt oglekļa gāzu daudzumu, kas veicina klimata pārmaiņas.
Elektrība: Elektriskā lādiņa plūsma, kas parasti rodas negatīvi lādētu daļiņu, ko sauc par elektroniem, kustības rezultātā.
Elektrons: negatīvi lādēta daļiņa, kas parasti riņķo ap atoma ārējo apgabalu; tā ir arī elektrības nesēja cietās vielās.
Inženieris: Persona, kas izmanto zinātni un matemātiku, lai risinātu problēmas. Lietojot kā darbības vārdu, vārds "inženieris" attiecas uz ierīces, materiāla vai procesa izstrādi, lai atrisinātu problēmu vai neapmierinātu vajadzību.
Etanols: Alkohols, ko sauc arī par etilspirtu, kas ir alkoholisko dzērienu, piemēram, alus, vīna un stipro alkoholisko dzērienu, pamatā. To izmanto arī kā šķīdinātāju un degvielu (piemēram, bieži sajaucot ar benzīnu).
Filtrs: (pieminējums) Kaut kas tāds, kas ļauj iziet dažiem materiāliem un citiem atkarībā no to izmēra vai citām īpašībām. (v.) Noteiktu vielu atlases process, pamatojoties uz tādām īpašībām kā izmērs, blīvums, lādiņš utt. (fizikā) Vielas ekrāns, plāksne vai slānis, kas absorbē gaismu vai citu starojumu vai selektīvi neļauj dažām tās sastāvdaļām iziet cauri.
Formiāts: vispārīgs termins skudrskābes sāļiem vai esteriem, kas ir taukskābes oksidēta forma. (Esteris ir savienojums uz oglekļa bāzes, kas veidojas, aizstājot noteiktu skābju ūdeņraža atomus ar noteikta veida organiskām grupām. Daudzi tauki un ēteriskās eļļas ir dabiski sastopami taukskābju esteri.)
Fosilais kurināmais: jebkura kurināmā viela, piemēram, ogles, nafta (jēlnafta) vai dabasgāze, kas miljoniem gadu ir veidojusies Zemes iekšienē no baktēriju, augu vai dzīvnieku trūdošajām atliekām.
Degviela: Jebkura viela, kas atbrīvo enerģiju kontrolētas ķīmiskas vai kodolreakcijas rezultātā. Fosilais kurināmais (ogles, dabasgāze un nafta) ir izplatīta degviela, kas, karsējot (parasti līdz sadegšanas punktam), atbrīvo enerģiju ķīmisku reakciju rezultātā.
Degvielas elements: ierīce, kas ķīmisko enerģiju pārveido elektriskajā enerģijā. Visizplatītākā degviela ir ūdeņradis, kura vienīgais blakusprodukts ir ūdens tvaiks.
Ģeoloģija: īpašības vārds, kas apraksta visu, kas saistīts ar Zemes fizisko uzbūvi, tās materiāliem, vēsturi un procesiem, kas uz tās notiek. Cilvēkus, kas strādā šajā jomā, sauc par ģeologiem.
Globālā sasilšana: pakāpeniska Zemes atmosfēras kopējās temperatūras paaugstināšanās siltumnīcas efekta dēļ. Šo efektu izraisa oglekļa dioksīda, hlorfluorogļūdeņražu un citu gāzu līmeņa paaugstināšanās gaisā, no kurām daudzas izdalās cilvēka darbības rezultātā.
Ūdeņradis: Vieglākais elements Visumā. Kā gāze tas ir bezkrāsains, bez smaržas un ārkārtīgi viegli uzliesmojošs. Tas ir daudzu degvielu, tauku un ķīmisku vielu sastāvdaļa, kas veido dzīvos audus. Tas sastāv no protona (kodola) un elektrona, kas riņķo ap to.
Inovācija: (v. ieviest jauninājumus; adj. ieviest jauninājumus) Esošas idejas, procesa vai produkta pielāgošana vai uzlabošana, lai padarītu to jaunāku, viedāku, efektīvāku vai noderīgāku.
Sārms: Nātrija hidroksīda (NaOH) šķīduma vispārpieņemtais nosaukums. Sārmu bieži sajauc ar augu eļļām vai dzīvnieku taukiem un citām sastāvdaļām, lai pagatavotu ziepes.
Materiālzinātnieks: Pētnieks, kurš pēta materiāla atomu un molekulu struktūras saistību ar tā vispārējām īpašībām. Materiālzinātnieki var izstrādāt jaunus materiālus vai analizēt esošos. Materiāla vispārējo īpašību, piemēram, blīvuma, stiprības un kušanas temperatūras, analīze var palīdzēt inženieriem un citiem pētniekiem izvēlēties labākos materiālus jauniem pielietojumiem.
Molekula: Elektriski neitrālu atomu grupa, kas pārstāv mazāko iespējamo ķīmiskā savienojuma daudzumu. Molekulas var sastāvēt no viena veida atomiem vai dažādiem atomu veidiem. Piemēram, skābeklis gaisā sastāv no diviem skābekļa atomiem (O2), bet ūdens sastāv no diviem ūdeņraža atomiem un viena skābekļa atoma (H2O).
Piesārņotājs: Viela, kas piesārņo kaut ko, piemēram, gaisu, ūdeni, cilvēkus vai pārtiku. Daži piesārņotāji ir ķīmiskas vielas, piemēram, pesticīdi. Citi piesārņotāji var būt starojums, tostarp pārmērīgs karstums vai gaisma. Pat nezāles un citas invazīvas sugas var uzskatīt par bioloģiskās piesārņošanas veidu.
Spēcīgs: īpašības vārds, kas attiecas uz kaut ko ļoti spēcīgu vai spēcīgu (piemēram, dīgli, indi, zāles vai skābi).
Atjaunojams: īpašības vārds, kas apzīmē resursu, ko var aizstāt bezgalīgi (piemēram, ūdens, zaļie augi, saules gaisma un vējš). Tas ir pretstatā neatjaunojamiem resursiem, kuriem ir ierobežots piedāvājums un kurus var faktiski noplicināt. Neatjaunojamie resursi ietver naftu (un citus fosilos kurināmos) vai relatīvi retus elementus un minerālus.