Tsemenditehased, nagu siin näidatud, on kliimat soojendava süsinikdioksiidi peamine allikas. Kuid mõnda neist saasteainetest saab muuta uut tüüpi kütuseks. Seda soola saab ohutult säilitada aastakümneid või kauem.
See on järjekordne lugu sarjast, mis käsitleb uusi tehnoloogiaid ja tegevusi, mis võivad aeglustada kliimamuutusi, vähendada nende mõju või aidata kogukondadel kiiresti muutuva maailmaga toime tulla.
Tegevused, mis eraldavad süsinikdioksiidi (CO2), mis on levinud kasvuhoonegaas, aitavad kaasa Maa atmosfääri soojenemisele. Idee CO2 õhust eraldamisest ja säilitamisest ei ole uus. Kuid seda on keeruline teha, eriti kui inimesed saavad seda endale lubada. Uus süsteem lahendab CO2 saaste probleemi veidi teistmoodi. See muundab kliimat soojendava gaasi keemiliselt kütuseks.
15. novembril avaldasid Cambridge'i Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) teadlased ajakirjas Cell Reports Physical Science oma murrangulised tulemused.
Nende uus süsteem on jagatud kaheks osaks. Esimene osa hõlmab õhust pärineva süsinikdioksiidi muundamist molekuliks nimega formiaat, et toota kütust. Nagu süsinikdioksiid, sisaldab formiaat ühte süsinikuaatomit ja kahte hapnikuaatomit, samuti ühte vesinikuaatomit. Formiaat sisaldab ka mitmeid teisi elemente. Uues uuringus kasutati formiaadi soola, mis on saadud naatriumist või kaaliumist.
Enamik kütuseelemente töötab vesinikuga, mis on tuleohtlik gaas, mille transportimiseks on vaja torustikke ja survestatud paake. Kütuseelemendid saavad aga töötada ka formiaadiga. Uue süsteemi väljatöötamist juhtinud materjaliteadlase Li Ju sõnul on formiaadi energiasisaldus võrreldav vesinikuga. Li Ju märkis, et formiaadil on vesiniku ees mõningaid eeliseid. See on ohutum ega vaja kõrgsurve ladustamist.
MIT-i teadlased lõid kütuseelemendi formiaadi testimiseks, mida nad toodavad süsinikdioksiidist. Esmalt segasid nad soola veega. Seejärel juhiti segu kütuseelementi. Kütuseelemendi sees vabastas formiaat keemilise reaktsiooni käigus elektrone. Need elektronid voolasid kütuseelemendi negatiivsest elektroodist positiivsesse elektroodi, luues elektriahela. Need voolavad elektronid – elektrivool – olid katse ajal kohal 200 tundi.
Zhen Zhang, materjaliteadlane, kes töötab Li'ga MIT-s, on optimistlik, et tema meeskond suudab uue tehnoloogia kümne aasta jooksul skaleerida.
MIT-i uurimisrühm kasutas keemilist meetodit süsinikdioksiidi muundamiseks kütuse tootmise põhikomponendiks. Esmalt viidi see väga aluselise lahusega kokku. Nad valisid naatriumhüdroksiidi (NaOH), mida tuntakse ka leelisena. See käivitab keemilise reaktsiooni, mille tulemusel tekib naatriumvesinikkarbonaat (NaHCO3), mida tuntakse paremini söögisoodana.
Seejärel lülitasid nad voolu sisse. Elektrivool vallandas uue keemilise reaktsiooni, mis lõhkus söögisooda molekulis kõik hapnikuaatomid, jättes järele naatriumformiaadi (NaCHO2). Nende süsteem muutis peaaegu kogu CO2-s sisalduva süsiniku – enam kui 96 protsenti – selleks soolaks.
Hapniku eemaldamiseks vajalik energia salvestub formiaadi keemilistesse sidemetesse. Professor Li märkis, et formiaat suudab seda energiat säilitada aastakümneid potentsiaalset energiat kaotamata. Seejärel toodab see kütuseelemendist läbi minnes elektrit. Kui formiaadi tootmiseks kasutatav elekter pärineb päikese-, tuule- või hüdroenergiast, on kütuseelemendi toodetud elekter puhas energiaallikas.
Uue tehnoloogia laiendamiseks ütles Lee, et „peame leidma rikkalikke leelise geoloogilisi ressursse“. Ta uuris kivimitüüpi, mida nimetatakse leelisbasaltiks (AL-kuh-lye buh-SALT). Veega segamisel muutuvad need kivimid leeliseks.
Farzan Kazemifar on insener San Jose osariigi ülikoolis Californias. Tema uurimistöö keskendub süsinikdioksiidi säilitamisele maa-alustes soolakihtides. Süsinikdioksiidi eemaldamine õhust on alati olnud keeruline ja seetõttu kulukas, ütleb ta. Seega on CO2 muundamine kasutatavateks toodeteks, näiteks formiaadiks, tulus. Toote maksumus võib kompenseerida tootmiskulusid.
Õhust süsinikdioksiidi kogumist on palju uuritud. Näiteks Lehighi ülikooli teadlaste meeskond kirjeldas hiljuti teist meetodit õhust süsinikdioksiidi filtreerimiseks ja selle söögisoodaks muundamiseks. Teised uurimisrühmad säilitavad CO2 spetsiaalsetes kivimites, muutes selle tahkeks süsinikuks, mida saab seejärel töödelda etanooliks, alkoholikütuseks. Enamik neist projektidest on väikesemahulised ega ole veel avaldanud olulist mõju õhus oleva kõrge süsinikdioksiidi taseme vähendamisele.
See pilt näitab maja, mis töötab süsinikdioksiidil. Siin näidatud seade muundab süsinikdioksiidi (punastes ja valgetes mullides olevad molekulid) soolaks, mida nimetatakse formiaadiks (sinised, punased, valged ja mustad mullid). Seda soola saab seejärel kasutada kütuseelemendis elektri tootmiseks.
Kazemifar ütles, et meie parim võimalus on „kõigepealt vähendada kasvuhoonegaaside heitkoguseid“. Üks viis selleks on fossiilkütuste asendamine taastuvate energiaallikatega, nagu tuul või päike. See on osa üleminekust, mida teadlased nimetavad „dekarboniseerimiseks“. Kuid ta lisas, et kliimamuutuste peatamine nõuab mitmetahulist lähenemist. Ta ütles, et seda uut tehnoloogiat on vaja süsiniku kogumiseks piirkondades, mida on raske dekarboniseerida. Võtke näiteks terasetehased ja tsemenditehased.
MIT meeskond näeb oma uue tehnoloogia kombineerimisel päikese- ja tuuleenergiaga ka eeliseid. Traditsioonilised akud on loodud energia salvestamiseks nädalaid järjest. Suvise päikesevalguse salvestamine talveks või kauemaks nõuab teistsugust lähenemist. „Formiaatkütusega,“ ütles Lee, ei ole enam piiratud isegi hooajalise salvestamisega. „See võib olla põlvkondadeülene.“
See ei pruugi küll kulla moodi särada, aga „ma võin oma poegadele ja tütardele päranduseks jätta 200 tonni ... formaati,“ ütles Lee.
Aluseline: Omadussõna, mis kirjeldab keemilist ainet, mis moodustab lahuses hüdroksiidioone (OH-). Neid lahuseid nimetatakse ka aluselisteks (erinevalt happelistest) ja nende pH on üle 7.
Põhjaveekiht: kivimoodustis, mis on võimeline hoidma maa-aluseid veehoidlaid. Mõistet kasutatakse ka maa-aluste basseinide kohta.
Basalt: must vulkaaniline kivim, mis on tavaliselt väga tihe (välja arvatud juhul, kui vulkaanipurse on jätnud sinna suuri gaasitaskuid).
side: (keemias) poolpüsiv ühendus aatomite (või aatomirühmade) vahel molekulis. See tekib osalevate aatomite vaheliste atraktiivsete jõudude abil. Kui sidemed on moodustunud, toimivad aatomid ühtse tervikuna. Aatomite eraldamiseks tuleb molekulidele anda energiat soojuse või muu kiirguse kujul.
Süsinik: Keemiline element, mis on kogu elu füüsikaline alus Maal. Süsinik esineb vabalt grafiidi ja teemandi kujul. See on oluline komponent kivisöes, lubjakivis ja naftas ning on võimeline keemiliselt iseühenduma, moodustades mitmesuguseid keemilise, bioloogilise ja kaubandusliku väärtusega molekule. (Kliimauuringutes) Mõistet süsinik kasutatakse mõnikord peaaegu süsihappegaasiga süsihappegaasi potentsiaalse mõju tähistamiseks, mis võib tegevusel, tootel, poliitikal või protsessil olla atmosfääri pikaajalisele soojenemisele.
Süsinikdioksiid: (või CO2) on värvitu ja lõhnatu gaas, mida toodavad kõik loomad sissehingatava hapniku reageerimisel süsinikurikka toiduga, mida nad söövad. Süsinikdioksiidi eraldub ka orgaanilise aine, sealhulgas fossiilkütuste, näiteks nafta või maagaasi põletamisel. Süsinikdioksiid on kasvuhoonegaas, mis püüab Maa atmosfääri soojust kinni. Taimed muudavad süsinikdioksiidi fotosünteesi teel hapnikuks ja kasutavad seda protsessi oma toidu valmistamiseks.
Tsement: Sideaine, mida kasutatakse kahe materjali kooshoidmiseks, põhjustades selle kõvenemise tahkeks aineks, või paks liim, mida kasutatakse kahe materjali kooshoidmiseks. (Ehitus) Peeneks jahvatatud materjal, mida kasutatakse liiva või purustatud kivimi sidumiseks betooni moodustamiseks. Tsementi valmistatakse tavaliselt pulbrina. Aga kui see märjaks saab, muutub see mudaseks suspensiooniks, mis kuivades kõveneb.
Keemiline: Aine, mis koosneb kahest või enamast aatomist, mis on omavahel ühendatud (seotud) kindlas proportsioonis ja struktuuris. Näiteks vesi on keemiline aine, mis koosneb kahest vesinikuaatomist, mis on seotud ühe hapnikuaatomiga. Selle keemiline valem on H2O. Sõna „keemiline” saab kasutada ka omadussõnana, et kirjeldada aine omadusi, mis tulenevad erinevate ühendite vahelistest reaktsioonidest.
Keemiline side: Aatomitevaheline tõmbejõud, mis on piisavalt tugev, et panna seotud elemendid toimima ühtse tervikuna. Mõned tõmbejõud on nõrgad, teised tugevad. Kõik sidemed näivad ühendavat aatomeid elektronide jagamise (või jagamist püüdes) kaudu.
Keemiline reaktsioon: protsess, mis hõlmab aine molekulide või struktuuride ümberpaigutamist, mitte füüsikalise oleku muutust (nt tahkest olekust gaasilisse).
Keemia: teadusharu, mis uurib ainete koostist, struktuuri, omadusi ja vastastikmõjusid. Teadlased kasutavad neid teadmisi tundmatute ainete uurimiseks, kasulike ainete suurtes kogustes paljundamiseks või uute kasulike ainete kavandamiseks ja loomiseks. (keemiliste ühendite kohta) Keemia viitab ka ühendi valemile, selle valmistamismeetodile või mõnele selle omadusele. Selles valdkonnas töötavaid inimesi nimetatakse keemikuteks. (sotsiaalteadustes) inimeste võime teha koostööd, läbi saada ja üksteise seltskonda nautida.
Kliimamuutus: Maa kliima oluline ja pikaajaline muutus. See võib toimuda looduslikult või inimtegevuse, sealhulgas fossiilkütuste põletamise ja metsade raadamise tagajärjel.
Dekarboniseerimine: viitab tahtlikule loobumisele saastavatest tehnoloogiatest, tegevustest ja energiaallikatest, mis paiskavad atmosfääri süsinikupõhiseid kasvuhoonegaase, näiteks süsinikdioksiidi ja metaani. Eesmärk on vähendada kliimamuutustele kaasaaitavate süsinikgaaside hulka.
Elekter: elektrilaengu voog, mis tavaliselt tuleneb negatiivselt laetud osakeste, mida nimetatakse elektronideks, liikumisest.
Elektron: negatiivselt laetud osake, mis tavaliselt tiirleb aatomi välispinna ümber; see on ka elektrienergia kandja tahketes ainetes.
Insener: Keegi, kes kasutab probleemide lahendamiseks teadust ja matemaatikat. Tegusõnana viitab sõna insener seadme, materjali või protsessi kavandamisele probleemi või rahuldamata vajaduse lahendamiseks.
Etanool: alkohol, mida nimetatakse ka etüülalkoholiks ja mis on alkohoolsete jookide, näiteks õlle, veini ja kangete alkohoolsete jookide alus. Seda kasutatakse ka lahusti ja kütusena (näiteks sageli segatuna bensiiniga).
Filter: (n.) Midagi, mis laseb läbi teatud ja teisi materjale, olenevalt nende suurusest või muudest omadustest. (t.) Teatud ainete valimise protsess selliste omaduste põhjal nagu suurus, tihedus, laeng jne. (füüsikas) Aine ekraan, plaat või kiht, mis neelab valgust või muud kiirgust või takistab valikuliselt mõne selle komponendi läbimist.
Formiaat: Üldnimetus sipelghappe soolade või estrite kohta, mis on rasvhappe oksüdeeritud vorm. (Ester on süsinikupõhine ühend, mis tekib teatud hapete vesinikuaatomite asendamisel teatud tüüpi orgaaniliste rühmadega. Paljud rasvad ja eeterlikud õlid on looduslikult esinevad rasvhapete estrid.)
Fossiilkütus: iga kütus, näiteks kivisüsi, nafta (toornafta) või maagaas, mis on moodustunud miljonite aastate jooksul Maal bakterite, taimede või loomade lagunevatest jäänustest.
Kütus: Iga aine, mis vabastab kontrollitud keemilise või tuumareaktsiooni kaudu energiat. Fossiilkütused (kivisüsi, maagaas ja nafta) on levinud kütused, mis kuumutamisel (tavaliselt põlemispunktini) vabastavad energiat keemiliste reaktsioonide kaudu.
Kütuseelement: Seade, mis muundab keemilise energia elektrienergiaks. Kõige levinum kütus on vesinik, mille ainus kõrvalsaadus on veeaur.
Geoloogia: omadussõna, mis kirjeldab kõike, mis on seotud Maa füüsilise struktuuri, materjalide, ajaloo ja sellel toimuvate protsessidega. Selles valdkonnas töötavaid inimesi nimetatakse geoloogideks.
Globaalne soojenemine: Maa atmosfääri üldtemperatuuri järkjärguline tõus kasvuhooneefekti tõttu. Mõju põhjustab õhus sisalduva süsinikdioksiidi, klorofluorosüsivesinike ja muude gaaside sisalduse suurenemine, millest paljud on inimtegevuse tagajärg.
Vesinik: Universumi kergeim element. Gaasina on see värvitu, lõhnatu ja äärmiselt tuleohtlik. See on paljude kütuste, rasvade ja eluskudede koostisosa. See koosneb prootonist (tuumast) ja selle ümber tiirlevast elektronist.
Innovatsioon: (vs. uuendama; adj. uuendama) Olemasoleva idee, protsessi või toote kohandamine või täiustamine, et muuta see uuemaks, nutikamaks, tõhusamaks või kasulikumaks.
Leelis: Naatriumhüdroksiidi (NaOH) lahuse üldnimetus. Leelis segatakse sageli taimeõlide või loomsete rasvade ja muude koostisosadega, et valmistada tahket seepi.
Materjaliteadlane: teadlane, kes uurib materjali aatomi- ja molekulaarstruktuuri ning selle üldomaduste vahelist seost. Materjaliteadlased võivad arendada uusi materjale või analüüsida olemasolevaid. Materjali üldomaduste, näiteks tiheduse, tugevuse ja sulamistemperatuuri analüüsimine aitab inseneridel ja teistel teadlastel valida uute rakenduste jaoks parimad materjalid.
Molekul: Elektriliselt neutraalsete aatomite rühm, mis esindab keemilise ühendi väikseimat võimalikku kogust. Molekulid võivad koosneda ühest või erinevat tüüpi aatomitest. Näiteks õhu hapnik koosneb kahest hapnikuaatomist (O2) ja vesi kahest vesinikuaatomist ja ühest hapnikuaatomist (H2O).
Saasteaine: Aine, mis saastab midagi, näiteks õhku, vett, inimesi või toitu. Mõned saasteained on kemikaalid, näiteks pestitsiidid. Teised saasteained võivad olla kiirgus, sealhulgas liigne kuumus või valgus. Isegi umbrohtu ja teisi invasiivseid liike võib pidada bioloogilise saastumise vormiks.
Tugev: omadussõna, mis viitab millelegi, mis on väga tugev või võimas (näiteks idu, mürk, ravim või hape).
Taastuv: omadussõna, mis viitab ressursile, mida saab lõputult asendada (näiteks vesi, rohelised taimed, päikesevalgus ja tuul). See erineb taastumatutest ressurssidest, mille pakkumine on piiratud ja mida saab sisuliselt ammendada. Taastumatud ressursid hõlmavad naftat (ja muid fossiilkütuseid) või suhteliselt haruldasi elemente ja mineraale.