Az itt láthatóhoz hasonló cementgyárak a klímamelegedést okozó szén-dioxid egyik fő forrásai. Ezen szennyező anyagok némelyike ​​azonban új típusú üzemanyaggá alakítható. Ez a só évtizedekig vagy akár tovább is biztonságosan tárolható.
Ez egy újabb történet egy sorozatban, amely az éghajlatváltozás lassítására, hatásainak csökkentésére vagy a közösségek gyors megbirkózására alkalmas új technológiákat és intézkedéseket vizsgálja.
A szén-dioxidot (CO2), egy gyakori üvegházhatású gázt kibocsátó tevékenységek hozzájárulnak a Föld légkörének felmelegedéséhez. A CO2 levegőből történő kinyerésének és tárolásának ötlete nem új. De nehéz megvalósítani, különösen akkor, ha az emberek megengedhetik maguknak. Egy új rendszer kissé más módon oldja meg a CO2-szennyezés problémáját. Kémiailag üzemanyaggá alakítja az éghajlatot felmelegítő gázt.
November 15-én a cambridge-i Massachusetts Institute of Technology (MIT) kutatói publikálták úttörő eredményeiket a Cell Reports Physical Science folyóiratban.
Új rendszerük két részre oszlik. Az első rész a levegőből származó szén-dioxid átalakítását formiátnak nevezett molekulává üzemanyag előállításához. A szén-dioxidhoz hasonlóan a formiát is egy szénatomot és két oxigénatomot, valamint egy hidrogénatomot tartalmaz. A formiát számos más elemet is tartalmaz. Az új tanulmányban formiátsót használtak, amely nátriumból vagy káliumból származik.
A legtöbb üzemanyagcella hidrogénnel működik, amely egy gyúlékony gáz, amelynek szállításához csővezetékek és nyomás alatt álló tartályok szükségesek. Az üzemanyagcellák azonban formiáttal is működhetnek. A formiát energiatartalma összehasonlítható a hidrogénével, állítja Li Ju, az új rendszer fejlesztését vezető anyagtudós. A formiátnak vannak előnyei a hidrogénnel szemben, jegyezte meg Li Ju. Biztonságosabb, és nem igényel nagy nyomású tárolást.
Az MIT kutatói egy üzemanyagcellát fejlesztettek ki a formiát tesztelésére, amelyet szén-dioxidból állítanak elő. Először a sót vízzel keverték össze. A keveréket ezután egy üzemanyagcellába töltötték. Az üzemanyagcellában a formiát kémiai reakció során elektronokat szabadított fel. Ezek az elektronok az üzemanyagcella negatív elektródájáról a pozitív elektródára áramlottak, létrehozva egy elektromos áramkört. Ezek az áramló elektronok – egy elektromos áram – 200 órán át voltak jelen a kísérlet során.
Zhen Zhang, az MIT-n Li-vel dolgozó anyagtudós optimista, hogy csapata egy évtizeden belül képes lesz az új technológiát skálázni.
Az MIT kutatócsoportja kémiai módszert alkalmazott a szén-dioxid üzemanyag-előállítás kulcsfontosságú összetevőjévé alakítására. Először egy erősen lúgos oldatnak tették ki. Nátrium-hidroxidot (NaOH), közismertebb nevén lúgot választottak. Ez egy kémiai reakciót indít el, amely nátrium-hidrogén-karbonátot (NaHCO3), ismertebb nevén szódabikarbónát eredményez.
Ezután bekapcsolták az áramot. Az elektromos áram egy új kémiai reakciót indított el, amely a szódabikarbóna molekulájában minden oxigénatomot szétszakított, nátrium-formiátot (NaCHO2) hagyva maga után. Rendszerük a CO2-ben lévő szén szinte teljes mennyiségét – több mint 96 százalékát – ebből a sóból alakította át.
Az oxigén eltávolításához szükséges energia a formiát kémiai kötéseiben tárolódik. Li professzor megjegyezte, hogy a formiát évtizedekig képes tárolni ezt az energiát potenciális energiaveszteség nélkül. Ezután áramot termel, amikor áthalad egy üzemanyagcellán. Ha a formiát előállításához használt áram nap-, szél- vagy vízenergiából származik, akkor az üzemanyagcella által termelt áram tiszta energiaforrás lesz.
Az új technológia felskálázásához Lee azt mondta: „gazdag geológiai lúgforrásokat kell találnunk.” Egy alkáli bazaltnak nevezett kőzettípust (AL-kuh-lye buh-SALT) vizsgált. Vízzel keverve ezek a kőzetek lúggá alakulnak.
Farzan Kazemifar mérnök a kaliforniai San Jose Állami Egyetemen. Kutatásai a szén-dioxid földalatti sóképződményekben történő tárolására összpontosítanak. A szén-dioxid eltávolítása a levegőből mindig is nehéz és ezért költséges volt, mondja. Ezért jövedelmező a CO2-t felhasználható termékekké, például formiáttá alakítani. A termék költsége ellensúlyozhatja a termelési költségeket.
Számos kutatás folyt a szén-dioxid levegőből történő megkötésére. Például a Lehigh Egyetem tudósai nemrégiben leírtak egy másik módszert a szén-dioxid levegőből történő szűrésére és szódabikarbónává alakítására. Más kutatócsoportok speciális kőzetekben tárolják a CO2-t, szilárd szénné alakítják, amelyet aztán etanollá, egy alkohol üzemanyaggá dolgozhatnak fel. E projektek többsége kis léptékű, és még nem gyakoroltak jelentős hatást a levegőben lévő magas szén-dioxid-szint csökkentésére.
Ez a kép egy szén-dioxiddal működő házat ábrázol. Az itt látható eszköz a szén-dioxidot (a piros és fehér buborékokban lévő molekulákat) formiáttá (kék, piros, fehér és fekete buborékok) alakítja. Ez a só ezután felhasználható üzemanyagcellában áram előállítására.
Kazemifar szerint a legjobb megoldás az, ha „először is csökkentjük az üvegházhatású gázok kibocsátását”. Ennek egyik módja a fosszilis tüzelőanyagok megújuló energiaforrásokkal, például szél- vagy napenergiával való helyettesítése. Ez része annak az átmenetnek, amelyet a tudósok „dekarbonizációnak” neveznek. Hozzátette azonban, hogy a klímaváltozás megállításához sokrétű megközelítésre van szükség. Erre az új technológiára van szükség a szén-dioxid-mentesítéshez nehezen elérhető területeken – mondta. Vegyük például az acélműveket és a cementgyárakat.
Az MIT csapata előnyöket lát az új technológiájuk nap- és szélenergiával való kombinálásában is. A hagyományos akkumulátorokat úgy tervezték, hogy hetekig tárolják az energiát. A nyári napfény téli vagy hosszabb távú tárolása más megközelítést igényel. „A formiát üzemanyaggal” – mondta Lee – már nem korlátozódik a szezonális tárolásra sem. „Generációkon átívelő is lehet.”
Lehet, hogy nem csillog, mint az arany, de „200 tonna… formiátot hagyhatok a fiaimra és a lányaimra” – mondta Lee –, „örökségként”.
Lúgos: Melléknév, amely olyan kémiai anyagot jelöl, amely oldatban hidroxidionokat (OH-) képez. Ezeket az oldatokat lúgosnak is nevezik (szemben a savas oldatokkal), és pH-értékük nagyobb, mint 7.
Víztartó réteg: Olyan kőzetképződmény, amely képes földalatti víztározókat tárolni. A kifejezés a felszín alatti medencékre is vonatkozik.
Bazalt: Fekete vulkáni kőzet, amely általában nagyon sűrű (kivéve, ha egy vulkánkitörés nagy gázzsebeket hagyott benne).
kötés: (kémiában) egy molekula atomjai (vagy atomcsoportjai) közötti félig állandó kapcsolat. A részt vevő atomok közötti vonzóerők hozzák létre. Miután a kötések kialakultak, az atomok egységként működnek. Az alkotó atomok szétválasztásához hő vagy más sugárzás formájában energiát kell a molekulákhoz juttatni.
Szén: Egy kémiai elem, amely a Földön található összes élet fizikai alapja. A szén szabadon létezik grafit és gyémánt formájában. Fontos alkotóeleme a szénnek, a mészkőnek és a kőolajnak, és képes kémiailag önasszociálódni, így kémiai, biológiai és kereskedelmi értékkel bíró molekulák széles skáláját alkotva. (A klímakutatásban) A szén kifejezést néha szinte felcserélhetően használják a szén-dioxiddal, hogy utaljanak arra a potenciális hatásra, amelyet egy cselekvés, termék, politika vagy folyamat gyakorolhat a légkör hosszú távú felmelegedésére.
Szén-dioxid: (vagy CO2) egy színtelen, szagtalan gáz, amelyet minden állat termel, amikor a belélegzett oxigén reakcióba lép az elfogyasztott szénben gazdag táplálékkal. Szén-dioxid szabadul fel szerves anyagok, például fosszilis tüzelőanyagok, például olaj vagy földgáz elégetésekor is. A szén-dioxid egy üvegházhatású gáz, amely megköti a hőt a Föld légkörében. A növények fotoszintézissel a szén-dioxidot oxigénné alakítják, és ezt a folyamatot használják fel saját táplálékuk előállítására.
Cement: Két anyag összetartására használt kötőanyag, amely szilárd halmazállapotúvá keményíti meg őket, vagy sűrű ragasztó, amely két anyagot összetart. (Építőipar) Finomra őrölt anyag, amelyet homok vagy zúzott kőzet összekötésére használnak beton előállításához. A cementet általában por formájában állítják elő. De amint nedves lesz, sáros pépessé válik, amely száradáskor megkeményedik.
Kémiai: Két vagy több atomból álló anyag, amelyek rögzített arányban és szerkezetben kapcsolódnak (kötődnek). Például a víz egy olyan kémiai anyag, amely két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll. Kémiai képlete H₂O. A „kémiai” szó melléknévként is használható egy anyag azon tulajdonságainak leírására, amelyek különböző vegyületek közötti reakciókból erednek.
Kémiai kötés: Az atomok közötti vonzóerő, amely elég erős ahhoz, hogy a kötött elemek egységként működjenek. Egyes vonzerők gyengék, mások erősek. Úgy tűnik, hogy minden kötés az atomokat az elektronok megosztásával (vagy megosztására törekedve) köti össze.
Kémiai reakció: Olyan folyamat, amely magában foglalja az anyag molekuláinak vagy szerkezetének átrendeződését, nem pedig a fizikai állapotának megváltozását (pl. szilárd halmazállapotból gáz halmazállapotúvá válás).
Kémia: a tudomány azon ága, amely az anyagok összetételét, szerkezetét, tulajdonságait és kölcsönhatásait vizsgálja. A tudósok ezt a tudást ismeretlen anyagok tanulmányozására, hasznos anyagok nagy mennyiségű előállítására, vagy új hasznos anyagok tervezésére és létrehozására használják. (kémiai vegyületek) A kémia egy vegyület képletére, előállítási módjára vagy egyes tulajdonságaira is utal. Az ezen a területen dolgozó embereket vegyészeknek nevezik. (társadalomtudományokban) az emberek azon képessége, hogy együttműködjenek, kijöjjenek egymással és élvezzék egymás társaságát.
Klímaváltozás: A Föld éghajlatának jelentős, hosszú távú változása. Ez természetes úton vagy emberi tevékenységek eredményeként is bekövetkezhet, beleértve a fosszilis tüzelőanyagok elégetését és az erdőirtást.
Dekarbonizáció: a szén-dioxid-kibocsátás csökkentése a szennyező technológiáktól, tevékenységektől és energiaforrásoktól való szándékos eltávolodást jelenti, amelyek szén-dioxid-alapú üvegházhatású gázokat, például szén-dioxidot és metánt bocsátanak ki a légkörbe. A cél az éghajlatváltozáshoz hozzájáruló szén-dioxid-gázok mennyiségének csökkentése.
Elektromosság: Az elektromos töltés áramlása, amely általában negatív töltésű részecskék, az elektronok mozgásából ered.
Elektron: egy negatív töltésű részecske, amely általában az atom külső régiója körül kering; a szilárd anyagokban az elektromosság hordozója is.
Mérnök: Olyan személy, aki természettudományokat és matematikát használ problémák megoldására. Igeként használva a mérnök szó egy eszköz, anyag vagy folyamat tervezésére utal, amely egy problémát vagy kielégítetlen igényt old meg.
Etanol: Alkohol, más néven etil-alkohol, amely az alkoholtartalmú italok, például a sör, a bor és a röviditalok alapja. Oldószerként és üzemanyagként is használják (például gyakran benzinnel keverve).
Szűrő: (főnév) Valami, ami átenged bizonyos anyagokat, másokat pedig méretüktől vagy egyéb jellemzőiktől függően. (ige) Bizonyos anyagok kiválasztásának folyamata olyan tulajdonságok alapján, mint a méret, sűrűség, töltés stb. (fizikában) Egy anyagból készült ernyő, lemez vagy réteg, amely elnyeli a fényt vagy más sugárzást, vagy szelektíven megakadályozza egyes összetevőinek áthaladását.
Formiát: A hangyasav sóinak vagy észtereinek általános elnevezése, amely egy zsírsav oxidált formája. (Az észter egy szén alapú vegyület, amely bizonyos savak hidrogénatomjainak bizonyos típusú szerves csoportokkal való helyettesítésével keletkezik. Számos zsír és illóolaj a zsírsavak természetes észtere.)
Fosszilis tüzelőanyag: Bármely tüzelőanyag, például szén, kőolaj (nyersolaj) vagy földgáz, amely évmilliók alatt keletkezett a Föld belsejében baktériumok, növények vagy állatok bomló maradványaiból.
Üzemanyag: Bármely anyag, amely szabályozott kémiai vagy nukleáris reakció révén energiát szabadít fel. A fosszilis tüzelőanyagok (szén, földgáz és olaj) olyan gyakori üzemanyagok, amelyek hevítéskor (általában az égés pontjáig) kémiai reakciók révén energiát szabadítanak fel.
Üzemanyagcella: Olyan eszköz, amely kémiai energiát alakít át elektromos energiává. A leggyakoribb üzemanyag a hidrogén, amelynek egyetlen mellékterméke a vízgőz.
Geológia: Melléknév, amely a Föld fizikai szerkezetével, anyagaival, történetével és a rajta lejátszódó folyamatokkal kapcsolatos összes dolgot leírja. Az ezen a területen dolgozókat geológusoknak nevezik.
Globális felmelegedés: A Föld légkörének teljes hőmérsékletének fokozatos emelkedése az üvegházhatás miatt. A hatást a levegőben lévő szén-dioxid, klórozott-fluorozott szénhidrogének és más gázok szintjének növekedése okozza, amelyek közül sokat az emberi tevékenység bocsát ki.
Hidrogén: A világegyetem legkönnyebb eleme. Gáz halmazállapotban színtelen, szagtalan és rendkívül gyúlékony. Számos üzemanyag, zsír és az élő szöveteket alkotó vegyi anyag alkotóeleme. Egy protonból (a sejtmagból) és egy körülötte keringő elektronból áll.
Innováció: (ige: innoválni; melléknév: innoválni) Egy meglévő ötlet, folyamat vagy termék módosítása vagy fejlesztése, amelynek célja, hogy az újabb, intelligensebb, hatékonyabb vagy hasznosabb legyen.
Lúg: A nátrium-hidroxid (NaOH) oldat általános neve. A lúgot gyakran növényi olajokkal vagy állati zsírokkal és más összetevőkkel keverik, hogy szappant készítsenek.
Anyagtudós: Olyan kutató, aki egy anyag atom- és molekuláris szerkezete, valamint annak általános tulajdonságai közötti kapcsolatot vizsgálja. Az anyagtudósok új anyagokat fejleszthetnek ki, vagy meglévőket elemezhetnek. Egy anyag általános tulajdonságainak, például sűrűségének, szilárdságának és olvadáspontjának elemzése segíthet a mérnököknek és más kutatóknak a legjobb anyagok kiválasztásában az új alkalmazásokhoz.
Molekula: Elektromosan semleges atomok csoportja, amely egy kémiai vegyület lehető legkisebb mennyiségét képviseli. A molekulák egy vagy különböző típusú atomokból állhatnak. Például a levegő oxigénje két oxigénatomból (O2), a víz pedig két hidrogénatomból és egy oxigénatomból (H2O) áll.
Szennyező anyag: Olyan anyag, amely szennyez valamit, például levegőt, vizet, embereket vagy élelmiszert. Egyes szennyező anyagok vegyi anyagok, például növényvédő szerek. Más szennyező anyagok lehetnek a sugárzás, beleértve a túlzott hőt vagy fényt. Még a gyomok és más invazív fajok is tekinthetők a biofouling egyik formájának.
Hatékony: Melléknév, amely valami nagyon erősre vagy erőteljesre utal (például csíra, méreg, gyógyszer vagy sav).
Megújuló: Melléknév, amely olyan erőforrásra utal, amely korlátlanul pótolható (például víz, zöld növények, napfény és szél). Ez ellentétben áll a nem megújuló erőforrásokkal, amelyek korlátozott mennyiségben állnak rendelkezésre, és gyakorlatilag kimeríthetők. A nem megújuló erőforrások közé tartozik az olaj (és más fosszilis tüzelőanyagok) vagy a viszonylag ritka elemek és ásványok.