Cemento gamyklos, tokios kaip čia parodyta, yra pagrindinis klimatą atšildančio anglies dioksido šaltinis. Tačiau kai kuriuos iš šių teršalų galima paversti naujo tipo kuru. Šią druską galima saugiai laikyti dešimtmečius ar ilgiau.
Tai dar viena istorija iš serijos, kurioje nagrinėjamos naujos technologijos ir veiksmai, galintys sulėtinti klimato kaitą, sumažinti jos poveikį arba padėti bendruomenėms susidoroti su sparčiai kintančiu pasauliu.
Veikla, kurios metu išsiskiria anglies dioksidas (CO2), įprastos šiltnamio efektą sukeliančios dujos, prisideda prie Žemės atmosferos atšilimo. CO2 išgavimo iš oro ir saugojimo idėja nėra nauja. Tačiau tai sunku įgyvendinti, ypač kai žmonės gali sau tai leisti. Nauja sistema CO2 taršos problemą sprendžia šiek tiek kitaip. Ji chemiškai paverčia klimatą šildančias dujas kuru.
Lapkričio 15 d. Kembridžo Masačusetso technologijos instituto (MIT) mokslininkai žurnale „Cell Reports Physical Science“ paskelbė savo novatoriškus rezultatus.
Jų naujoji sistema yra padalinta į dvi dalis. Pirmoji dalis apima anglies dioksido iš oro pavertimą molekule, vadinama formiatu, kuri gamina kurą. Kaip ir anglies dioksidas, formiatas turi vieną anglies atomą ir du deguonies atomus, taip pat vieną vandenilio atomą. Formiate taip pat yra keletas kitų elementų. Naujame tyrime buvo naudojama formiato druska, kuri gaunama iš natrio arba kalio.
Dauguma kuro elementų veikia vandeniliu – degiomis dujomis, kurioms transportuoti reikalingi vamzdynai ir slėginės talpyklos. Tačiau kuro elementai taip pat gali būti naudojami formiatu. Formiato energijos kiekis panašus į vandenilio, teigia Li Ju, medžiagų mokslininkas, vadovavęs naujos sistemos kūrimui. Formiatas turi tam tikrų pranašumų, palyginti su vandeniliu, pažymėjo Li Ju. Jis yra saugesnis ir nereikalauja laikymo aukštame slėgyje.
MIT tyrėjai sukūrė kuro elementą formiatui, kurį jie gamina iš anglies dioksido, išbandyti. Pirmiausia jie sumaišė druską su vandeniu. Tada mišinys buvo tiekiamas į kuro elementą. Kuro elemento viduje formiatas cheminės reakcijos metu išskyrė elektronus. Šie elektronai tekėjo iš kuro elemento neigiamo elektrodo į teigiamą elektrodą, užbaigdami elektros grandinę. Šie tekantys elektronai – elektros srovė – eksperimento metu buvo 200 valandų.
Medžiagų mokslininkas Zhen Zhang, dirbantis su Li MIT, optimistiškai vertina tai, kad jo komandai pavyks įdiegti naująją technologiją per dešimtmetį.
MIT tyrėjų komanda cheminiu metodu pavertė anglies dioksidą pagrindiniu kuro gamybos ingredientu. Pirmiausia jie jį paveikė labai šarminiu tirpalu. Jie pasirinko natrio hidroksidą (NaOH), paprastai vadinamą siera. Tai sukelia cheminę reakciją, kurios metu susidaro natrio bikarbonatas (NaHCO3), geriau žinomas kaip kepimo soda.
Tada jie įjungė elektrą. Elektros srovė sukėlė naują cheminę reakciją, kuri suskaidė visus deguonies atomus kepimo sodos molekulėje, palikdama natrio formiato (NaCHO2). Jų sistema beveik visą CO2 esantį anglies dioksidą – daugiau nei 96 procentus – pavertė šia druska.
Energija, reikalinga deguoniui pašalinti, kaupiama formiato cheminėse jungtyse. Profesorius Li pažymėjo, kad formiatas gali kaupti šią energiją dešimtmečius neprarasdamas potencialios energijos. Tada, praeidamas per kuro elementą, jis generuoja elektrą. Jei formiatui gaminti naudojama elektra gaunama iš saulės, vėjo ar hidroelektrinių, kuro elemento pagaminta elektra bus švarus energijos šaltinis.
Norint išplėsti naujos technologijos mastą, anot Lee, „reikia rasti gausių geologinių šarmo išteklių“. Jis tyrinėjo uolienų rūšį, vadinamą šarminiu bazaltu (AL-kuh-lye buh-SALT). Sumaišytos su vandeniu, šios uolienos virsta šarmu.
Farzanas Kazemifaras yra inžinierius San Chosė valstijos universitete Kalifornijoje. Jo tyrimai sutelkti į anglies dioksido saugojimą požeminėse druskų formacijose. Anglies dioksido pašalinimas iš oro visada buvo sudėtingas ir todėl brangus, sako jis. Todėl pelninga CO2 paversti naudingais produktais, tokiais kaip formiatas. Produkto kaina gali kompensuoti gamybos sąnaudas.
Daug tyrimų atlikta anglies dioksido surinkimo iš oro srityje. Pavyzdžiui, Lehigh universiteto mokslininkų komanda neseniai aprašė kitą anglies dioksido filtravimo iš oro ir jo pavertimo kepimo soda metodą. Kitos tyrimų grupės CO2 saugo specialiose uolienose, paversdamos jį kieta anglimi, kurią vėliau galima perdirbti į etanolį – alkoholio kurą. Dauguma šių projektų yra nedidelio masto ir dar neturėjo reikšmingo poveikio mažinant didelį anglies dioksido kiekį ore.
Šiame paveikslėlyje pavaizduotas namas, varomas anglies dioksidu. Čia parodytas įrenginys anglies dioksidą (raudonuose ir baltuose burbuliukuose esančias molekules) paverčia druska, vadinama formiatu (mėlyni, raudoni, balti ir juodi burbuliukai). Ši druska vėliau gali būti naudojama kuro elemente elektros energijai gaminti.
Kazemifaras teigė, kad geriausias mūsų pasirinkimas yra „pirmiausia sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą“. Vienas iš būdų tai padaryti – pakeisti iškastinį kurą atsinaujinančiais energijos šaltiniais, tokiais kaip vėjo ar saulės energija. Tai yra pereinamojo laikotarpio, kurį mokslininkai vadina „dekarbonizacija“, dalis. Tačiau jis pridūrė, kad norint sustabdyti klimato kaitą, reikės daugialypio požiūrio. Pasak jo, ši nauja technologija reikalinga anglies dioksido surinkimui tose vietovėse, kurias sunku dekarbonizuoti. Paimkime du pavyzdžius – plieno gamyklas ir cemento gamyklas.
MIT komanda taip pat mato privalumus derindama savo naująją technologiją su saulės ir vėjo energija. Tradicinės baterijos yra sukurtos taip, kad energija būtų kaupiama kelias savaites. Vasaros saulės šviesos kaupimas žiemą ar ilgiau reikalauja kitokio požiūrio. „Su formiatų kuru, – sakė Lee, – nebereikia apsiriboti net sezoniniu kaupimu. „Tai gali būti kartos.“
Jis galbūt ir nespindi kaip auksas, bet „galiu palikti 200 tonų... formiato savo sūnums ir dukroms kaip palikimą“, – sakė Lee.
Šarminis: būdvardis, apibūdinantis cheminę medžiagą, kuri tirpale sudaro hidroksido jonus (OH-). Šie tirpalai taip pat vadinami šarminiais (priešingai nei rūgštiniais) ir jų pH yra didesnis nei 7.
Vandeningasis sluoksnis: Uolienų darinys, galintis laikyti požeminius vandens telkinius. Šis terminas taip pat taikomas požeminiams baseinams.
Bazaltas: juoda vulkaninė uoliena, kuri paprastai yra labai tanki (nebent ugnikalnio išsiveržimas joje paliktų didelių dujų kišenių).
jungtis: (chemijoje) pusiau nuolatinis ryšys tarp atomų (arba atomų grupių) molekulėje. Jį sudaro traukos jėgos tarp dalyvaujančių atomų. Susidarius jungtims, atomai veikia kaip vienetas. Norint atskirti sudedamuosius atomus, molekulėms turi būti tiekiama energija šilumos ar kitokios spinduliuotės pavidalu.
Anglis: cheminis elementas, kuris yra visos gyvybės Žemėje fizinis pagrindas. Anglis laisvai egzistuoja grafito ir deimanto pavidalu. Tai svarbus anglies, kalkakmenio ir naftos komponentas, galintis chemiškai jungtis ir sudaryti įvairias cheminės, biologinės ir komercinės vertės molekules. (Klimato tyrimuose) Terminas „anglis“ kartais vartojamas beveik kaip sinonimas su „anglies dioksidu“, norint nurodyti galimą veiksmo, produkto, politikos ar proceso poveikį ilgalaikiam atmosferos atšilimui.
Anglies dioksidas (arba CO2) yra bespalvės, bekvapės dujos, kurias išskiria visi gyvūnai, kai jų kvėpuojamas deguonis reaguoja su anglies turtingu maistu, kurį jie valgo. Anglies dioksidas taip pat išsiskiria deginant organines medžiagas, įskaitant iškastinį kurą, pvz., naftą ar gamtines dujas. Anglies dioksidas yra šiltnamio efektą sukeliančios dujos, kurios sulaiko šilumą Žemės atmosferoje. Augalai fotosintezės būdu paverčia anglies dioksidą deguonimi ir naudoja šį procesą savo maistui gaminti.
Cementas: rišiklis, naudojamas dviem medžiagoms sujungti, kad jos sukietėtų į kietą masę, arba tiršti klijai, naudojami dviem medžiagoms sujungti. (Statyba) Smulkiai sumalta medžiaga, naudojama smėliui arba skaldai surišti, kad susidarytų betonas. Cementas paprastai gaminamas miltelių pavidalu. Tačiau sušlapęs jis virsta purvina sruta, kuri džiūdama sukietėja.
Cheminė medžiaga: medžiaga, sudaryta iš dviejų ar daugiau atomų, sujungtų (sujungtų) fiksuotu santykiu ir struktūra. Pavyzdžiui, vanduo yra cheminė medžiaga, sudaryta iš dviejų vandenilio atomų, sujungtų su vienu deguonies atomu. Jos cheminė formulė yra H₂O. Žodis „cheminė“ taip pat gali būti vartojamas kaip būdvardis apibūdinti medžiagos savybes, atsirandančias dėl įvairių reakcijų tarp skirtingų junginių.
Cheminis ryšys: traukos jėga tarp atomų, pakankamai stipri, kad sujungti elementai veiktų kaip vienetas. Vienos traukos jėgos yra silpnos, kitos – stiprios. Atrodo, kad visos jungtys jungia atomus dalydamosi (arba bandydamos dalytis) elektronais.
Cheminė reakcija: procesas, kurio metu medžiagos molekulės arba struktūros persitvarko, o ne pasikeičia jos fizinė būsena (pvz., iš kietos į dujinę būseną).
Chemija: mokslo šaka, tirianti medžiagų sudėtį, struktūrą, savybes ir sąveiką. Mokslininkai naudoja šias žinias nepažįstamoms medžiagoms tirti, naudingoms medžiagoms dideliais kiekiais atkurti arba naujoms naudingoms medžiagoms kurti ir kurti. (cheminių junginių) Chemija taip pat reiškia junginio formulę, jo gavimo būdą arba kai kurias jo savybes. Šioje srityje dirbantys žmonės vadinami chemikais. (socialiniuose moksluose) žmonių gebėjimas bendradarbiauti, sutarti ir mėgautis vienas kito draugija.
Klimato kaita: reikšmingas, ilgalaikis Žemės klimato pokytis. Tai gali įvykti natūraliai arba dėl žmogaus veiklos, įskaitant iškastinio kuro deginimą ir miškų kirtimą.
Dekarbonizacija: tai sąmoningas perėjimas nuo taršių technologijų, veiklos ir energijos šaltinių, kurie į atmosferą išskiria anglies dioksido pagrindu pagamintas šiltnamio efektą sukeliančias dujas, tokias kaip anglies dioksidas ir metanas. Tikslas – sumažinti anglies dujų, kurios prisideda prie klimato kaitos, kiekį.
Elektra: Elektros krūvio srautas, paprastai atsirandantis dėl neigiamai įkrautų dalelių, vadinamų elektronais, judėjimo.
Elektronas: neigiamai įkrauta dalelė, paprastai skriejanti aplink atomo išorinę sritį; ji taip pat yra elektros laidininkas kietose medžiagose.
Inžinierius: asmuo, kuris naudoja mokslą ir matematiką problemoms spręsti. Žodis „inžinierius“ vartojamas kaip veiksmažodis, reiškia įrenginio, medžiagos ar proceso, skirto problemai išspręsti ar nepatenkintam poreikiui, kūrimą.
Etanolis: alkoholis, dar vadinamas etilo alkoholiu, kuris yra alkoholinių gėrimų, tokių kaip alus, vynas ir spiritiniai gėrimai, pagrindas. Jis taip pat naudojamas kaip tirpiklis ir kuras (pavyzdžiui, dažnai maišomas su benzinu).
Filtras: (dkt.) Kažkas, kas praleidžia vienų, o kitų medžiagų, priklausomai nuo jų dydžio ar kitų savybių. (v.) Tam tikrų medžiagų atrankos procesas pagal tokias savybes kaip dydis, tankis, krūvis ir kt. (fizikoje) Medžiagos ekranas, plokštė arba sluoksnis, kuris sugeria šviesą ar kitą spinduliuotę arba selektyviai neleidžia kai kuriems jos komponentams praeiti.
Formiatas: bendrinis terminas, reiškiantis skruzdžių rūgšties, oksiduotos riebalų rūgšties formos, druskas arba esterius. (Esteris yra anglies pagrindo junginys, susidarantis pakeičiant tam tikrų rūgščių vandenilio atomus tam tikromis organinėmis grupėmis. Daugelis riebalų ir eterinių aliejų yra natūraliai susidarantys riebalų rūgščių esteriai.)
Iškastinis kuras: bet koks kuras, pavyzdžiui, anglis, nafta arba gamtinės dujos, kuris per milijonus metų susiformavo Žemės viduje iš yrančių bakterijų, augalų ar gyvūnų liekanų.
Kuras: Bet kokia medžiaga, kuri išskiria energiją kontroliuojamos cheminės arba branduolinės reakcijos metu. Iškastinis kuras (anglis, gamtinės dujos ir nafta) yra įprastas kuras, kuris kaitinamas (dažniausiai iki degimo taško) išskiria energiją cheminių reakcijų metu.
Kuro elementas: įrenginys, kuris cheminę energiją paverčia elektros energija. Dažniausiai naudojamas kuras yra vandenilis, kurio vienintelis šalutinis produktas yra vandens garai.
Geologija: būdvardis, apibūdinantis viską, kas susiję su Žemės fizine sandara, jos medžiagomis, istorija ir joje vykstančiais procesais. Šioje srityje dirbantys žmonės vadinami geologais.
Visuotinis atšilimas: laipsniškas bendros Žemės atmosferos temperatūros kilimas dėl šiltnamio efekto. Poveikį sukelia didėjantis anglies dioksido, chlorfluorangliavandenilių ir kitų dujų kiekis ore, kurių daugelį išskiria žmogaus veikla.
Vandenilis: Lengviausias elementas visatoje. Dujos yra bespalvės, bekvapės ir itin degios. Tai daugelio degalų, riebalų ir cheminių medžiagų, iš kurių sudaryti gyvi audiniai, sudedamoji dalis. Jį sudaro protonas (branduolys) ir aplink jį skriejantis elektronas.
Inovacija: (vs. diegti naujoves; bd. diegti naujoves) Esamos idėjos, proceso ar produkto koregavimas ar patobulinimas, siekiant jį padaryti naujesnį, sumanesnį, efektyvesnį ar naudingesnį.
Šarmas: bendrinis natrio hidroksido (NaOH) tirpalo pavadinimas. Šarmas dažnai maišomas su augaliniais aliejais arba gyvūniniais riebalais ir kitais ingredientais, kad būtų pagamintas kietas muilas.
Medžiagų mokslininkas: tyrėjas, tiriantis medžiagos atominės ir molekulinės struktūros bei jos bendrų savybių ryšį. Medžiagų mokslininkai gali kurti naujas medžiagas arba analizuoti esamas. Medžiagos bendrų savybių, tokių kaip tankis, stiprumas ir lydymosi temperatūra, analizė gali padėti inžinieriams ir kitiems tyrėjams pasirinkti geriausias medžiagas naujoms reikmėms.
Molekulė: Elektriniu požiūriu neutralių atomų grupė, atstovaujanti mažiausią įmanomą cheminio junginio kiekį. Molekulės gali būti sudarytos iš vieno tipo atomų arba skirtingų tipų atomų. Pavyzdžiui, ore esantį deguonį sudaro du deguonies atomai (O2), o vandenį – du vandenilio atomai ir vienas deguonies atomas (H2O).
Teršalas: Medžiaga, kuri užteršia ką nors, pavyzdžiui, orą, vandenį, žmones ar maistą. Kai kurie teršalai yra cheminės medžiagos, pavyzdžiui, pesticidai. Kiti teršalai gali būti radiacija, įskaitant per didelį karštį ar šviesą. Net piktžolės ir kitos invazinės rūšys gali būti laikomos biologinio užterštumo forma.
Galingas: būdvardis, reiškiantis labai stiprų ar galingą dalyką (pvz., gemalą, nuodą, vaistą ar rūgštį).
Atsinaujinantis: būdvardis, reiškiantis išteklius, kuriuos galima neribotai atkurti (pvz., vanduo, žalieji augalai, saulės šviesa ir vėjas). Tai skiriasi nuo neatsinaujinančių išteklių, kurių tiekimas ribotas ir kurie gali būti išeikvoti. Neatsinaujinantys ištekliai apima naftą (ir kitą iškastinį kurą) arba santykinai retus elementus ir mineralus.