Tässä esitetyn kaltaiset sementtitehtaat ovat merkittävä ilmastoa lämpenevän hiilidioksidin lähde. Mutta osa näistä epäpuhtauksista voidaan muuntaa uudentyyppiseksi polttoaineeksi. Tätä suolaa voidaan varastoida turvallisesti vuosikymmeniä tai pidempään.
Tämä on jälleen yksi tarina sarjassa, joka käsittelee uusia teknologioita ja toimia, jotka voivat hidastaa ilmastonmuutosta, vähentää sen vaikutuksia tai auttaa yhteisöjä selviytymään nopeasti muuttuvassa maailmassa.
Hiilidioksidia (CO2), yleistä kasvihuonekaasua, vapauttavat toiminnot lämmittävät maapallon ilmakehää. Ajatus hiilidioksidin erottamisesta ilmasta ja sen varastoinnista ei ole uusi. Mutta se on vaikea toteuttaa, varsinkin kun ihmisillä on siihen varaa. Uusi järjestelmä ratkaisee hiilidioksidisaasteen ongelman hieman eri tavalla. Se muuntaa ilmastoa lämmittävän kaasun kemiallisesti polttoaineeksi.
Cambridgessa sijaitsevan Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) tutkijat julkaisivat 15. marraskuuta uraauurtavat tuloksensa Cell Reports Physical Science -lehdessä.
Heidän uusi järjestelmänsä on jaettu kahteen osaan. Ensimmäisessä osassa ilmasta peräisin oleva hiilidioksidi muunnetaan formiaatti-nimiseksi molekyyliksi polttoaineen tuottamiseksi. Kuten hiilidioksidi, formiaatti sisältää yhden hiiliatomin ja kaksi happiatomia sekä yhden vetyatomin. Formiaatti sisältää myös useita muita alkuaineita. Uudessa tutkimuksessa käytettiin formiaattisuolaa, joka on johdettu natriumista tai kaliumista.
Useimmat polttokennot toimivat vedyllä, syttyvällä kaasulla, jonka kuljetukseen tarvitaan putkistoja ja paineistettuja säiliöitä. Polttokennot voivat kuitenkin toimia myös formiaatilla. Formiaatin energiasisältö on verrattavissa vedyyn, kertoo uuden järjestelmän kehitystä johtanut materiaalitieteilijä Li Ju. Formiaatilla on joitakin etuja vetyyn verrattuna, Li Ju huomautti. Se on turvallisempi eikä vaadi korkeapaineista varastointia.
MIT:n tutkijat loivat polttokennon testatakseen formiaattia, jota he tuottavat hiilidioksidista. Ensin he sekoittivat suolan veteen. Seos syötettiin sitten polttokennoon. Polttokennon sisällä formiaatti vapautti elektroneja kemiallisessa reaktiossa. Nämä elektronit virtasivat polttokennon negatiivisesta elektrodista positiiviseen elektrodiin ja muodostivat sähköpiirin. Nämä virtaavat elektronit – sähkövirta – olivat läsnä 200 tuntia kokeen aikana.
Zhen Zhang, Lin kanssa MIT:ssä työskentelevä materiaalitieteilijä, on optimistinen sen suhteen, että hänen tiiminsä pystyy skaalaamaan uuden teknologian käyttöön vuosikymmenen kuluessa.
MIT:n tutkimusryhmä käytti kemiallista menetelmää hiilidioksidin muuntamiseksi polttoaineen tuotannon keskeiseksi ainesosaksi. Ensin he altistavat sen erittäin emäksiselle liuokselle. He valitsivat natriumhydroksidia (NaOH), joka tunnetaan yleisesti lipeänä. Tämä laukaisee kemiallisen reaktion, joka tuottaa natriumbikarbonaattia (NaHCO3), joka tunnetaan paremmin ruokasoodana.
Sitten he kytkivät virran päälle. Sähkövirta laukaisi uuden kemiallisen reaktion, joka hajotti jokaisen happiatomin ruokasoodamolekyylissä jättäen jäljelle natriumformiaatin (NaCHO2). Heidän järjestelmänsä muutti lähes kaiken hiilidioksidin hiilen – yli 96 prosenttia – täksi suolaksi.
Hapen poistamiseen tarvittava energia varastoituu formiaatin kemiallisiin sidoksiin. Professori Li huomautti, että formiaatti voi varastoida tätä energiaa vuosikymmeniä menettämättä potentiaalienergiaa. Sitten se tuottaa sähköä kulkiessaan polttokennon läpi. Jos formiaatin tuottamiseen käytetty sähkö on peräisin aurinko-, tuuli- tai vesivoimasta, polttokennon tuottama sähkö on puhdasta energialähdettä.
Uuden teknologian skaalaamiseksi Lee sanoi: "Meidän on löydettävä rikkaita geologisia lipeävaroja." Hän tutki alkalibasaltiksi (AL-kuh-lye buh-SALT) kutsuttua kivilajia. Veteen sekoitettuna nämä kivet muuttuvat lipeäksi.
Farzan Kazemifar on insinööri San Josen osavaltionyliopistossa Kaliforniassa. Hänen tutkimuksensa keskittyy hiilidioksidin varastointiin maanalaisiin suolakerrostumiin. Hiilidioksidin poistaminen ilmasta on aina ollut vaikeaa ja siksi kallista, hän sanoo. Siksi on kannattavaa muuntaa hiilidioksidi käyttökelpoisiksi tuotteiksi, kuten formiaatiksi. Tuotteen hinta voi kompensoida tuotantokustannuksia.
Hiilidioksidin talteenottoa ilmasta on tutkittu paljon. Esimerkiksi Lehighin yliopiston tiedemiesryhmä kuvasi äskettäin toisen menetelmän hiilidioksidin suodattamiseksi ilmasta ja sen muuntamiseksi ruokasoodaksi. Muut tutkimusryhmät varastoivat hiilidioksidia erityisiin kiviin ja muuntavat sen kiinteäksi hiileksi, joka voidaan sitten jalostaa etanoliksi, alkoholipolttoaineeksi. Useimmat näistä hankkeista ovat pienimuotoisia, eivätkä ne ole vielä vaikuttaneet merkittävästi ilman korkeiden hiilidioksidipitoisuuksien vähentämiseen.
Tässä kuvassa näkyy hiilidioksidilla toimiva talo. Laite muuntaa hiilidioksidin (punaisten ja valkoisten kuplien molekyylit) suolaksi, jota kutsutaan formaatiksi (siniset, punaiset, valkoiset ja mustat kuplat). Tätä suolaa voidaan sitten käyttää polttokennossa sähkön tuottamiseen.
Kazemifar sanoi, että paras vaihtoehtomme on "vähentää ensin kasvihuonekaasupäästöjä". Yksi tapa tehdä se on korvata fossiiliset polttoaineet uusiutuvilla energialähteillä, kuten tuuli- tai aurinkoenergialla. Tämä on osa siirtymävaihetta, jota tiedemiehet kutsuvat "hiilestä irtautumiseksi". Hän kuitenkin lisäsi, että ilmastonmuutoksen pysäyttäminen vaatii monitahoisen lähestymistavan. Tätä uutta teknologiaa tarvitaan hiilen talteenottoon alueilla, joita on vaikea irrottaa hiilestä, hän sanoi. Otetaan esimerkiksi terästehtaat ja sementtitehtaat.
MIT-tiimi näkee myös etuja uuden teknologiansa yhdistämisessä aurinko- ja tuulivoimaan. Perinteiset akut on suunniteltu varastoimaan energiaa viikkojen ajan kerrallaan. Kesän auringonvalon varastointi talveen tai pidemmäksi aikaa vaatii erilaisen lähestymistavan. ”Formiaattipolttoaineen avulla et ole enää rajoittunut edes kausittaiseen varastointiin”, Lee sanoi. ”Se voi olla sukupolvien yli ulottuvaa.”
Se ei ehkä kimaltele kuin kulta, mutta ”voin jättää 200 tonnia… formiaattia pojilleni ja tyttärilleni perinnöksi”, Lee sanoi.
Emäksinen: Adjektiivi, joka kuvaa kemiallista ainetta, joka muodostaa hydroksidi-ioneja (OH-) liuoksessa. Näitä liuoksia kutsutaan myös emäksisiksi (toisin kuin happamiksi), ja niiden pH on yli 7.
Pohjavesikerros: Kivimuodostuma, joka kykenee pidättämään maanalaisia ​​vesivarastoja. Termiä käytetään myös maanalaisiin altaisiin.
Basaltti: Musta vulkaaninen kivi, joka on yleensä hyvin tiheää (ellei tulivuorenpurkaus ole jättänyt siihen suuria kaasutaskuja).
sidos: (kemiassa) puolipysyvä yhteys atomien (tai atomiryhmien) välillä molekyylissä. Se muodostuu atomien välisten vetovoimien ansiosta. Kun sidokset ovat muodostuneet, atomit toimivat yhtenäisenä yksikkönä. Atomien erottamiseksi molekyyleihin on syötettävä energiaa lämmön tai muun säteilyn muodossa.
Hiili: Kemiallinen alkuaine, joka on kaiken elämän fyysinen perusta maapallolla. Hiiltä esiintyy vapaasti grafiitin ja timantin muodossa. Se on tärkeä osa kivihiiltä, ​​kalkkikiveä ja öljyä, ja se kykenee kemiallisesti sitoutumaan itseensä muodostaen laajan valikoiman kemiallisesti, biologisesti ja kaupallisesti arvokkaita molekyylejä. (Ilmastotutkimuksessa) Termiä hiili käytetään joskus lähes synonyymeinä hiilidioksidin kanssa viittaamaan mahdolliseen vaikutukseen, joka toiminnalla, tuotteella, politiikalla tai prosessilla voi olla ilmakehän pitkän aikavälin lämpenemiseen.
Hiilidioksidi: (tai CO2) on väritön ja hajuton kaasu, jota kaikki eläimet tuottavat, kun niiden hengittämä happi reagoi niiden syömän hiilipitoisen ruoan kanssa. Hiilidioksidia vapautuu myös, kun orgaanista ainesta, mukaan lukien fossiilisia polttoaineita, kuten öljyä tai maakaasua, poltetaan. Hiilidioksidi on kasvihuonekaasu, joka sitoo lämpöä maan ilmakehään. Kasvit muuntavat hiilidioksidia hapeksi fotosynteesin avulla ja käyttävät tätä prosessia oman ruokansa valmistukseen.
Sementti: Sideaine, jota käytetään kahden materiaalin yhdistämiseen ja sen kovettamiseen kiinteäksi aineeksi, tai paksu liima, jota käytetään kahden materiaalin yhdistämiseen. (Rakentaminen) Hienoksi jauhettu materiaali, jota käytetään hiekan tai murskatun kiven sitomiseen yhteen betonin muodostamiseksi. Sementti valmistetaan yleensä jauheena. Mutta kastuessaan se muuttuu mutaiseksi lietteeksi, joka kovettuu kuivuessaan.
Kemiallinen: Aine, joka koostuu kahdesta tai useammasta atomista, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa tietyssä suhteessa ja rakenteessa. Esimerkiksi vesi on kemiallinen aine, joka koostuu kahdesta vetyatomista, jotka ovat sitoutuneet yhteen happiatomiin. Sen kemiallinen kaava on H2O. Sanaa "kemiallinen" voidaan käyttää myös adjektiivina kuvaamaan aineen ominaisuuksia, jotka johtuvat eri yhdisteiden välisistä reaktioista.
Kemiallinen sidos: Atomien välinen vetovoima, joka on riittävän voimakas saamaan sitoutuneet alkuaineet toimimaan yhtenä kokonaisuutena. Jotkut vetovoimat ovat heikkoja, toiset vahvoja. Kaikki sidokset näyttävät yhdistävän atomeja jakamalla (tai yrittämällä jakaa) elektroneja.
Kemiallinen reaktio: Prosessi, johon liittyy aineen molekyylien tai rakenteiden uudelleenjärjestymistä pikemminkin kuin fysikaalisen olomuodon muutos (esim. kiinteästä kaasuksi).
Kemia: tieteenala, joka tutkii aineiden koostumusta, rakennetta, ominaisuuksia ja vuorovaikutuksia. Tiedemiehet käyttävät tätä tietoa tutkiakseen tuntemattomia aineita, tuottaakseen hyödyllisiä aineita suuria määriä tai suunnitellakseen ja luodakseen uusia hyödyllisiä aineita. (kemiallisista yhdisteistä) Kemia viittaa myös yhdisteen kaavaan, menetelmään, jolla se valmistetaan, tai joihinkin sen ominaisuuksiin. Tällä alalla työskenteleviä ihmisiä kutsutaan kemisteiksi. (yhteiskuntatieteissä) ihmisten kyky tehdä yhteistyötä, tulla toimeen keskenään ja nauttia toistensa seurasta.
Ilmastonmuutos: Merkittävä, pitkäaikainen muutos maapallon ilmastossa. Tämä voi tapahtua luonnollisesti tai ihmisen toiminnan seurauksena, mukaan lukien fossiilisten polttoaineiden polttaminen ja metsien raivaaminen.
Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen: viittaa tarkoitukselliseen siirtymiseen pois saastuttavista teknologioista, toiminnoista ja energialähteistä, jotka päästävät ilmakehään hiilipohjaisia ​​kasvihuonekaasuja, kuten hiilidioksidia ja metaania. Tavoitteena on vähentää ilmastonmuutosta kiihdyttävien hiilikaasujen määrää.
Sähkö: Sähkövarauksen virtaus, joka yleensä johtuu negatiivisesti varautuneiden hiukkasten, elektronien, liikkeestä.
Elektroni: negatiivisesti varautunut hiukkanen, joka yleensä kiertää atomin ulkoreunaa; se toimii myös sähkön kuljettajana kiinteissä aineissa.
Insinööri: Henkilö, joka käyttää luonnontieteitä ja matematiikkaa ongelmien ratkaisemiseen. Verbinä käytettynä sana insinööri viittaa laitteen, materiaalin tai prosessin suunnitteluun ongelman tai täyttämättömän tarpeen ratkaisemiseksi.
Etanoli: Alkoholi, jota kutsutaan myös etyylialkoholiksi, on alkoholijuomien, kuten oluen, viinin ja väkevien alkoholijuomien, perusta. Sitä käytetään myös liuottimena ja polttoaineena (esimerkiksi usein sekoitettuna bensiiniin).
Suodatin: (n.) Jokin, joka päästää läpi jotkut materiaalit ja toiset niiden koosta tai muista ominaisuuksista riippuen. (v.) Prosessi, jossa tiettyjä aineita valitaan ominaisuuksien, kuten koon, tiheyden, varauksen jne., perusteella. (fysiikassa) Aineen suojaverkko, levy tai kerros, joka absorboi valoa tai muuta säteilyä tai estää valikoivasti joidenkin komponenttiensa läpikulun.
Formiaatti: Yleisnimitys muurahaishapon, rasvahapon hapettuneen muodon, suoloille tai estereille. (Esteri on hiilipohjainen yhdiste, joka muodostuu korvaamalla tiettyjen happojen vetyatomit tietyntyyppisillä orgaanisilla ryhmillä. Monet rasvat ja eteeriset öljyt ovat luonnossa esiintyviä rasvahappojen estereitä.)
Fossiilinen polttoaine: Mikä tahansa polttoaine, kuten kivihiili, maaöljy tai maakaasu, joka on muodostunut miljoonien vuosien aikana Maan sisällä bakteerien, kasvien tai eläinten hajoavista jäänteistä.
Polttoaine: Mikä tahansa aine, joka vapauttaa energiaa kontrolloidun kemiallisen tai ydinreaktion kautta. Fossiiliset polttoaineet (hiili, maakaasu ja öljy) ovat yleisiä polttoaineita, jotka vapauttavat energiaa kemiallisten reaktioiden kautta kuumennettaessa (yleensä palamispisteeseen asti).
Polttokenno: Laite, joka muuntaa kemiallista energiaa sähköenergiaksi. Yleisin polttoaine on vety, jonka ainoa sivutuote on vesihöyry.
Geologia: Adjektiivi, joka kuvaa kaikkea maapallon fyysiseen rakenteeseen, sen materiaaleihin, historiaan ja sillä tapahtuviin prosesseihin liittyvää. Tällä alalla työskenteleviä kutsutaan geologeiksi.
Ilmaston lämpeneminen: Maan ilmakehän kokonaislämpötilan asteittainen nousu kasvihuoneilmiön vuoksi. Vaikutuksen aiheuttavat hiilidioksidin, kloorifluorihiilivetyjen ja muiden kaasujen pitoisuudet ilmassa, joista monet ovat peräisin ihmisen toiminnasta.
Vety: Maailmankaikkeuden kevyin alkuaine. Kaasuna se on väritön, hajuton ja erittäin helposti syttyvä. Se on monien polttoaineiden, rasvojen ja elävän kudoksen muodostavien kemikaalien osa. Se koostuu protonista (ytimestä) ja sitä kiertävästä elektronista.
Innovaatio: (vs. innovoida; adj. innovoida) Olemassa olevan idean, prosessin tai tuotteen mukauttaminen tai parantaminen, jotta siitä tulisi uudempi, älykkäämpi, tehokkaampi tai hyödyllisempi.
Lipeä: Yleisnimitys natriumhydroksidiliuokselle (NaOH). Lipeää sekoitetaan usein kasviöljyihin tai eläinrasvoihin ja muihin ainesosiin palasaippuan valmistamiseksi.
Materiaalitieteilijä: Tutkija, joka tutkii materiaalin atomi- ja molekyylirakenteen sekä sen yleisten ominaisuuksien välistä suhdetta. Materiaalitieteilijät voivat kehittää uusia materiaaleja tai analysoida olemassa olevia. Materiaalin yleisten ominaisuuksien, kuten tiheyden, lujuuden ja sulamispisteen, analysointi voi auttaa insinöörejä ja muita tutkijoita valitsemaan parhaat materiaalit uusiin sovelluksiin.
Molekyyli: Sähköisesti neutraalien atomien ryhmä, joka edustaa pienintä mahdollista määrää kemiallista yhdistettä. Molekyylit voivat koostua yhden tyyppisestä atomista tai erityyppisistä atomeista. Esimerkiksi ilman happi koostuu kahdesta happiatomista (O2) ja vesi koostuu kahdesta vetyatomista ja yhdestä happiatomista (H2O).
Saasteinen aine: Aine, joka saastuttaa jotakin, kuten ilmaa, vettä, ihmisiä tai ruokaa. Jotkin saasteet ovat kemikaaleja, kuten torjunta-aineet. Muita saasteita voivat olla säteily, mukaan lukien liiallinen kuumuus tai valo. Jopa rikkaruohot ja muut vieraslajit voidaan katsoa biolikaantumisen muodoksi.
Voimakas: Adjektiivi, joka viittaa johonkin erittäin vahvaan tai voimakkaaseen (kuten bakteeri, myrkky, lääke tai happo).
Uusiutuva: Adjektiivi, joka viittaa luonnonvaraan, jota voidaan korvata loputtomiin (kuten vesi, vihreät kasvit, auringonvalo ja tuuli). Tämä on vastakohta uusiutumattomille luonnonvaroille, joiden tarjonta on rajallinen ja jotka voidaan käytännössä ehtää. Uusiutumattomiin luonnonvaroihin kuuluvat öljy (ja muut fossiiliset polttoaineet) tai suhteellisen harvinaiset alkuaineet ja mineraalit.