Sementsverksmiðjur eins og sú sem sýnd er hér eru mikilvæg uppspretta koltvísýrings sem hlýnar loftslagið. En sum þessara mengunarefna er hægt að breyta í nýja tegund eldsneytis. Þetta salt er hægt að geyma á öruggan hátt í áratugi eða lengur.
Þetta er önnur saga í seríu sem fjallar um nýja tækni og aðgerðir sem geta hægt á loftslagsbreytingum, dregið úr áhrifum þeirra eða hjálpað samfélögum að takast á við ört breytandi heim.
Starfsemi sem losar koltvísýring (CO2), algengan gróðurhúsalofttegund, stuðlar að hlýnun lofthjúps jarðar. Hugmyndin um að vinna CO2 úr loftinu og geyma það er ekki ný af nálinni. En það er erfitt að framkvæma það, sérstaklega þegar fólk hefur efni á því. Nýtt kerfi leysir vandamálið með CO2 mengun á aðeins annan hátt. Það breytir efnafræðilega lofttegundinni sem hlýnar loftslaginu í eldsneyti.
Þann 15. nóvember birtu vísindamenn frá Tækniháskólanum í Massachusetts (MIT) í Cambridge byltingarkenndar niðurstöður sínar í tímaritinu Cell Reports Physical Science.
Nýja kerfið þeirra skiptist í tvo hluta. Fyrri hlutinn felur í sér að umbreyta koltvísýringi úr loftinu í sameind sem kallast format til að framleiða eldsneyti. Eins og koltvísýringur inniheldur format eitt kolefnisatóm og tvö súrefnisatóm, auk eins vetnisatóms. Format inniheldur einnig nokkur önnur frumefni. Í nýju rannsókninni var notað formatsalt, sem er unnið úr natríum eða kalíum.
Flestar eldsneytisfrumur ganga fyrir vetni, eldfimum gasi sem þarfnast leiðslna og þrýstitanka til að flytja. Hins vegar geta eldsneytisfrumur einnig gengið fyrir formati. Format hefur orkuinnihald sem er sambærilegt við vetni, samkvæmt Li Ju, efnisfræðingi sem leiddi þróun nýja kerfisins. Format hefur nokkra kosti umfram vetni, benti Li Ju á. Það er öruggara og þarfnast ekki háþrýstingsgeymslu.
Rannsakendur við MIT bjuggu til eldsneytisfrumu til að prófa format, sem þeir framleiða úr koltvísýringi. Fyrst blönduðu þeir saltinu við vatn. Blöndunni var síðan sett í eldsneytisfrumu. Inni í eldsneytisfrumunni losaði formatið rafeindir í efnahvörfum. Þessar rafeindir streymdu frá neikvæðu rafskauti eldsneytisfrumunnar til þeirrar jákvæðu og kláruðu þannig rafrás. Þessar flæðandi rafeindir – rafstraumur – voru til staðar í 200 klukkustundir meðan á tilrauninni stóð.
Zhen Zhang, efnisfræðingur sem vinnur með Li við MIT, er bjartsýnn á að teymi hans muni geta útfært nýju tæknina innan áratugar.
Rannsóknarteymið við MIT notaði efnafræðilega aðferð til að breyta koltvísýringi í lykilefni í eldsneytisframleiðslu. Fyrst settu þeir það í mjög basíska lausn. Þeir völdu natríumhýdroxíð (NaOH), almennt þekkt sem lút. Þetta hrindi af stað efnahvörfum sem framleiða natríumbíkarbónat (NaHCO3), betur þekkt sem matarsódi.
Síðan kveiktu þeir á rafmagninu. Rafstraumurinn hleypti af stað nýrri efnahvörfum sem klauf hvert súrefnisatóm í matarsódasameindinni og skildi eftir natríumformat (NaCHO2). Kerfi þeirra breytti næstum öllu kolefninu í CO2 - meira en 96 prósentum - í þetta salt.
Orkan sem þarf til að fjarlægja súrefnið er geymd í efnatengjum formats. Prófessor Li benti á að format getur geymt þessa orku í áratugi án þess að tapa hugsanlegri orku. Það framleiðir síðan rafmagn þegar það fer í gegnum eldsneytisfrumu. Ef rafmagnið sem notað er til að framleiða format kemur frá sólarorku, vindorku eða vatnsafli, þá verður rafmagnið sem eldsneytisfruman framleiðir hrein orkugjafi.
Til að stækka nýju tæknina, sagði Lee, „þurfum við að finna ríkar jarðfræðilegar auðlindir af lúti.“ Hann rannsakaði tegund af bergi sem kallast alkalíbasalt (AL-kuh-lúti buh-SALT). Þegar þessi bergtegund blandast vatni breytist hún í lút.
Farzan Kazemifar er verkfræðingur við San Jose State University í Kaliforníu. Rannsóknir hans beinast að geymslu koltvísýrings í neðanjarðarsaltmyndunum. Að fjarlægja koltvísýring úr loftinu hefur alltaf verið erfitt og þar af leiðandi dýrt, segir hann. Þess vegna er arðbært að breyta CO2 í nothæfar vörur eins og format. Kostnaðurinn við vöruna getur vegað upp á móti framleiðslukostnaði.
Miklar rannsóknir hafa verið gerðar á því að binda koltvísýring úr loftinu. Til dæmis lýsti teymi vísindamanna við Lehigh-háskóla nýlega annarri aðferð til að sía koltvísýring úr loftinu og breyta honum í matarsóda. Aðrir rannsóknarhópar eru að geyma CO2 í sérstökum bergtegundum, breyta honum í fast kolefni sem síðan er hægt að vinna úr í etanól, alkóhóleldsneyti. Flest þessara verkefna eru smávægileg og hafa ekki enn haft veruleg áhrif á að draga úr miklu magni koltvísýrings í loftinu.
Þessi mynd sýnir hús sem gengur fyrir koltvísýringi. Tækið sem sýnt er hér breytir koltvísýringi (sameindunum í rauðu og hvítu loftbólunum) í salt sem kallast format (bláu, rauðu, hvítu og svörtu loftbólurnar). Þetta salt er síðan hægt að nota í eldsneytisrafhlöðu til að framleiða rafmagn.
Kazemifar sagði að besti kosturinn væri að „draga fyrst úr losun gróðurhúsalofttegunda“. Ein leið til að gera það er að skipta út jarðefnaeldsneyti fyrir endurnýjanlegar orkugjafa eins og vind- eða sólarorku. Þetta er hluti af umbreytingu sem vísindamenn kalla „kolefnisleysi“. En hann bætti við að það þurfi fjölþætta nálgun til að stöðva loftslagsbreytingar. Þessi nýja tækni er nauðsynleg til að binda kolefni á svæðum sem erfitt er að kolefnisleysi, sagði hann. Tökum stálverksmiðjur og sementsverksmiðjur til að nefna tvö dæmi.
MIT-teymið sér einnig kosti í því að sameina nýju tækni sína við sólar- og vindorku. Hefðbundnar rafhlöður eru hannaðar til að geyma orku í margar vikur í senn. Að geyma sólarljós sumarsins fram á veturna eða lengur krefst annarrar nálgunar. „Með formateldsneyti,“ sagði Lee, ertu ekki lengur takmarkaður við jafnvel árstíðabundna geymslu. „Það gæti verið kynslóðalangt.“
Það glitrar kannski ekki eins og gull, en „ég get gefið sonum mínum og dætrum 200 tonn ... af formati sem arf,“ sagði Lee.
Basískt: Lýsingarorð sem lýsir efnasambandi sem myndar hýdroxíðjónir (OH-) í lausn. Þessar lausnir eru einnig kallaðar basískar (öfugt við súrar) og hafa pH gildi hærra en 7.
Grunnvatnsæð: Bergmyndun sem getur geymt neðanjarðar vatnsgeymi. Hugtakið á einnig við um neðanjarðar vatnasvið.
Basalt: Svart eldfjallaberg sem er yfirleitt mjög þétt (nema eldgos hafi skilið eftir stóra gasvasa í því).
tengi: (í efnafræði) hálf-varanlegt samband milli atóma (eða hópa atóma) í sameind. Það myndast af aðdráttarkrafti milli þátttakandi atóma. Þegar tengi hafa myndast virka atómin sem eining. Til að aðskilja atómin sem eru í þeim verður að veita sameindunum orku í formi hita eða annarrar geislunar.
Kolefni: Efnafræðilegt frumefni sem er undirstaða alls lífs á jörðinni. Kolefni finnst frjálslega í formi grafíts og demants. Það er mikilvægur þáttur í kolum, kalksteini og jarðolíu og getur tengst efnafræðilega sjálfum sér til að mynda fjölbreytt úrval sameinda með efnafræðilegt, líffræðilegt og viðskiptalegt gildi. (Í loftslagsrannsóknum) Hugtakið kolefni er stundum notað næstum því til skiptis við koltvísýring til að vísa til hugsanlegra áhrifa sem aðgerð, vara, stefna eða ferli getur haft á langtíma hlýnun andrúmsloftsins.
Koltvísýringur: (eða CO2) er litlaus, lyktarlaus lofttegund sem öll dýr framleiða þegar súrefnið sem þau anda að sér hvarfast við kolefnisríka fæðu sem þau borða. Koltvísýringur losnar einnig þegar lífrænt efni, þar á meðal jarðefnaeldsneyti eins og olía eða jarðgas, er brennt. Koltvísýringur er gróðurhúsalofttegund sem bindur hita í lofthjúpi jarðar. Plöntur umbreyta koltvísýringi í súrefni með ljóstillífun og nota þetta ferli til að framleiða sína eigin fæðu.
Sement: Bindiefni sem notað er til að halda tveimur efnum saman, sem veldur því að það harðnar í fast efni, eða þykkt lím sem notað er til að halda tveimur efnum saman. (Byggingarvinna) Fínmalað efni sem notað er til að binda sand eða mulið berg saman til að mynda steypu. Sement er venjulega búið til sem duft. En þegar það blotnar breytist það í leðju sem harðnar þegar það þornar.
Efnafræðilegt efni: Efni sem er gert úr tveimur eða fleiri atómum sem tengjast (tengjast) í föstum hlutföllum og byggingu. Til dæmis er vatn efnafræðilegt efni sem er gert úr tveimur vetnisatómum sem tengjast einu súrefnisatómi. Efnaformúla þess er H2O. „Efnafræðilegt“ er einnig hægt að nota sem lýsingarorð til að lýsa eiginleikum efnis sem stafa af ýmsum efnahvörfum milli mismunandi efnasambanda.
Efnatengi: Aðdráttarkraftur milli atóma sem er nógu sterkur til að valda því að tengdu frumefnin virki sem eining. Sumar aðdráttarkraftar eru veikir, aðrir sterkir. Öll tengsl virðast tengja atóm með því að deila (eða reyna að deila) rafeindum.
Efnahvörf: Ferli sem felur í sér endurröðun sameinda eða uppbyggingu efnis frekar en breytingu á efnislegri mynd (t.d. úr föstu formi í gas).
Efnafræði: sú grein vísinda sem rannsakar samsetningu, uppbyggingu, eiginleika og víxlverkun efna. Vísindamenn nota þessa þekkingu til að rannsaka ókunnug efni, til að endurskapa gagnleg efni í miklu magni eða til að hanna og búa til ný gagnleg efni. (efnasambanda) Efnafræði vísar einnig til formúlu efnasambands, aðferðarinnar sem það er framleitt með eða sumra eiginleika þess. Fólk sem starfar á þessu sviði er kallað efnafræðingar. (í félagsvísindum) hæfni fólks til að vinna saman, komast vel saman og njóta samvista hvers annars.
Loftslagsbreytingar: Mikilvægar, langtímabreytingar á loftslagi jarðar. Þetta getur gerst náttúrulega eða vegna athafna manna, þar á meðal brennslu jarðefnaeldsneytis og skógareyðingar.
Kolefnisskortur: vísar til þess að fólk hættir að nota mengandi tækni, starfsemi og orkugjafa sem losa kolefnisbundnar gróðurhúsalofttegundir, svo sem koltvísýring og metan, út í andrúmsloftið. Markmiðið er að draga úr magni kolefnisgasa sem stuðla að loftslagsbreytingum.
Rafmagn: Flæði rafhleðslu, venjulega vegna hreyfingar neikvætt hlaðinna agna sem kallast rafeindir.
Rafeind: neikvætt hlaðin ögn sem snýst venjulega um ytra svæði atóms; hún er einnig flutningsaðili raforku í föstum efnum.
Verkfræðingur: Sá sem notar vísindi og stærðfræði til að leysa vandamál. Þegar orðið verkfræðingur er notað sem sögn vísar það til þess að hanna tæki, efni eða ferli til að leysa vandamál eða óuppfyllta þörf.
Etanól: Alkóhól, einnig kallað etýlalkóhól, sem er grunnurinn að áfengum drykkjum eins og bjór, víni og sterku áfengi. Það er einnig notað sem leysiefni og eldsneyti (til dæmis oft blandað við bensín).
Sía: (nafnorð) Eitthvað sem leyfir sumum efnum að fara í gegn og öðrum, allt eftir stærð þeirra eða öðrum eiginleikum. (v.) Ferlið við að velja ákveðin efni út frá eiginleikum eins og stærð, eðlisþyngd, hleðslu o.s.frv. (í eðlisfræði) Skjár, plata eða lag af efni sem gleypir ljós eða aðra geislun eða kemur sértækt í veg fyrir að sumir efnisþættir þess fari í gegn.
Format: Almennt hugtak yfir sölt eða estera af maurasýru, oxað form fitusýru. (Ester er kolefnisbundið efnasamband sem myndast með því að skipta út vetnisatómum ákveðinna sýra fyrir ákveðnar tegundir af lífrænum hópum. Margar fitur og ilmkjarnaolíur eru náttúrulega esterar af fitusýrum.)
Jarðefnaeldsneyti: Sérhvert eldsneyti, svo sem kol, jarðolía (hráolía) eða jarðgas, sem myndaðist á milljónum ára inni í jörðinni úr rotnandi leifum baktería, plantna eða dýra.
Eldsneyti: Sérhvert efni sem losar orku með stýrðum efna- eða kjarnorkuviðbrögðum. Jarðefnaeldsneyti (kol, jarðgas og olía) er algengt eldsneyti sem losar orku með efnahvörfum þegar það er hitað (venjulega þar til það brennur).
Eldsneytisfruma: Tæki sem breytir efnaorku í raforku. Algengasta eldsneytið er vetni, en eina aukaafurð þess er vatnsgufa.
Jarðfræði: Lýsingarorð sem lýsir öllu sem tengist efnislegri uppbyggingu jarðarinnar, efniviði hennar, sögu og ferlum sem eiga sér stað á henni. Fólk sem starfar á þessu sviði kallast jarðfræðingar.
Hlýnun jarðar: Smám saman hækkun á heildarhita lofthjúps jarðar vegna gróðurhúsaáhrifa. Áhrifin stafa af auknu magni koltvísýrings, klórflúorkolefna og annarra lofttegunda í loftinu, sem margar hverjar eru losaðar vegna athafna manna.
Vetni: Léttasta frumefnið í alheiminum. Sem gas er það litlaust, lyktarlaust og afar eldfimt. Það er hluti af mörgum eldsneytum, fituefnum og efnum sem mynda lifandi vefi. Það samanstendur af róteind (kjarninum) og rafeind sem sveimast um hann.
Nýsköpun: (orðalag: að skapa nýjungar; lýsingarorð: að skapa nýjungar) Aðlögun eða framför á núverandi hugmynd, ferli eða vöru til að gera hana nýrri, snjallari, skilvirkari eða gagnlegri.
Lútur: Almennt heiti á natríumhýdroxíðlausn (NaOH). Lútur er oft blandaður saman við jurtaolíur eða dýrafitu og önnur innihaldsefni til að búa til sápustykki.
Efnisfræðingur: Rannsakandi sem rannsakar tengslin milli atóm- og sameindabyggingar efnis og heildareiginleika þess. Efnisfræðingar geta þróað ný efni eða greint þau sem fyrir eru. Að greina heildareiginleika efnis, svo sem eðlisþyngd, styrk og bræðslumark, getur hjálpað verkfræðingum og öðrum vísindamönnum að velja bestu efnin fyrir ný notkunarsvið.
Sameind: Hópur rafmagnshlutlausra atóma sem táknar minnsta mögulega magn af efnasambandi. Sameindir geta verið gerðar úr einni tegund atóma eða mismunandi gerðum atóma. Til dæmis er súrefni í lofti gert úr tveimur súrefnisatómum (O2) og vatn er gert úr tveimur vetnisatómum og einu súrefnisatómi (H2O).
Mengunarefni: Efni sem mengar eitthvað, svo sem loft, vatn, fólk eða mat. Sum mengunarefni eru efni, svo sem skordýraeitur. Önnur mengunarefni geta verið geislun, þar á meðal of mikill hiti eða ljós. Jafnvel illgresi og aðrar ágengar tegundir geta talist vera tegund líffræðilegrar mengunar.
Öflugt: Lýsingarorð sem vísar til einhvers sem er mjög sterkt eða öflugt (eins og sýkill, eitur, lyf eða sýra).
Endurnýjanleg: Lýsingarorð sem vísar til auðlindar sem hægt er að endurnýja endalaust (eins og vatn, grænar plöntur, sólarljós og vindur). Þetta er andstæða við óendurnýjanlegar auðlindir, sem hafa takmarkað framboð og geta í raun tæmst. Óendurnýjanlegar auðlindir eru meðal annars olía (og annað jarðefnaeldsneyti) eða tiltölulega sjaldgæf frumefni og steinefni.