Sementfabrieke soos die een wat hier getoon word, is 'n belangrike bron van klimaatverwarmende koolstofdioksied. Maar sommige van hierdie besoedelingstowwe kan omgeskakel word in 'n nuwe tipe brandstof. Hierdie sout kan veilig vir dekades of langer gestoor word.
Dit is nog 'n storie in 'n reeks wat kyk na nuwe tegnologieë en aksies wat klimaatsverandering kan vertraag, die impak daarvan kan verminder, of gemeenskappe kan help om 'n vinnig veranderende wêreld die hoof te bied.
Aktiwiteite wat koolstofdioksied (CO2), 'n algemene kweekhuisgas, vrystel, dra by tot die verwarming van die Aarde se atmosfeer. Die idee om CO2 uit die lug te onttrek en dit te stoor, is nie nuut nie. Maar dit is moeilik om te doen, veral as mense dit kan bekostig. 'n Nuwe stelsel los die probleem van CO2-besoedeling op 'n effens ander manier op. Dit omskep die klimaatverwarmende gas chemies in brandstof.
Op 15 November het navorsers van die Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge hul baanbrekersresultate in die tydskrif Cell Reports Physical Science gepubliseer.
Hul nuwe stelsel is in twee dele verdeel. Die eerste deel behels die omskakeling van koolstofdioksied uit die lug in 'n molekule genaamd formiaat om brandstof te produseer. Soos koolstofdioksied bevat formiaat een koolstofatoom en twee suurstofatome, sowel as een waterstofatoom. Formiaat bevat ook verskeie ander elemente. Die nuwe studie het formiaatsout gebruik, wat van natrium of kalium afgelei is.
Die meeste brandstofselle werk op waterstof, 'n vlambare gas wat pypleidings en druktenks benodig om te vervoer. Brandstofselle kan egter ook op formate werk. Formate het 'n energie-inhoud vergelykbaar met waterstof, volgens Li Ju, 'n materiaalwetenskaplike wat die ontwikkeling van die nuwe stelsel gelei het. Formate het 'n paar voordele bo waterstof, het Li Ju opgemerk. Dit is veiliger en benodig nie hoëdrukberging nie.
Navorsers by MIT het 'n brandstofsel geskep om formiaat te toets, wat hulle uit koolstofdioksied produseer. Eers het hulle die sout met water gemeng. Die mengsel is toe in 'n brandstofsel gevoer. Binne-in die brandstofsel het die formiaat elektrone in 'n chemiese reaksie vrygestel. Hierdie elektrone het van die negatiewe elektrode van die brandstofsel na die positiewe elektrode gevloei en 'n elektriese stroombaan voltooi. Hierdie vloeiende elektrone – 'n elektriese stroom – was vir 200 uur tydens die eksperiment teenwoordig.
Zhen Zhang, 'n materiaalwetenskaplike wat saam met Li by MIT werk, is optimisties dat sy span die nuwe tegnologie binne 'n dekade sal kan skaal.
Die MIT-navorsingspan het 'n chemiese metode gebruik om koolstofdioksied in 'n sleutelbestanddeel vir brandstofproduksie te omskep. Eers het hulle dit aan 'n hoogs alkaliese oplossing blootgestel. Hulle het natriumhidroksied (NaOH), algemeen bekend as loog, gekies. Dit veroorsaak 'n chemiese reaksie wat natriumbikarbonaat (NaHCO3), beter bekend as koeksoda, produseer.
Toe het hulle die krag aangeskakel. Die elektriese stroom het 'n nuwe chemiese reaksie veroorsaak wat elke suurstofatoom in die koeksoda-molekule gesplit het, wat natriumformaat (NaCHO2) agtergelaat het. Hul stelsel het byna al die koolstof in CO2 – meer as 96 persent – ​​in hierdie sout omgeskakel.
Die energie wat nodig is om die suurstof te verwyder, word in die chemiese bindings van formiaat gestoor. Professor Li het opgemerk dat formiaat hierdie energie vir dekades kan stoor sonder om potensiële energie te verloor. Dit genereer dan elektrisiteit wanneer dit deur 'n brandstofsel gaan. As die elektrisiteit wat gebruik word om formiaat te produseer, van sonkrag, windkrag of hidroëlektriese krag afkomstig is, sal die elektrisiteit wat deur die brandstofsel opgewek word, 'n skoon energiebron wees.
Om die nuwe tegnologie op te skaal, het Lee gesê, “moet ons ryk geologiese hulpbronne van loog vind.” Hy het 'n tipe rots genaamd alkalibasalt (AL-kuh-loog buh-SOUT) bestudeer. Wanneer hierdie rotse met water gemeng word, verander dit in loog.
Farzan Kazemifar is 'n ingenieur aan die San Jose State University in Kalifornië. Sy navorsing fokus op die berging van koolstofdioksied in ondergrondse soutformasies. Die verwydering van koolstofdioksied uit die lug was nog altyd moeilik en dus duur, sê hy. Dit is dus winsgewend om CO2 in bruikbare produkte soos formate om te skakel. Die koste van die produk kan die produksiekoste verreken.
Daar is baie navorsing gedoen oor die vasvang van koolstofdioksied uit die lug. Byvoorbeeld, 'n span wetenskaplikes aan die Universiteit van Lehigh het onlangs 'n ander metode beskryf om koolstofdioksied uit die lug te filter en dit in koeksoda om te skakel. Ander navorsingsgroepe stoor CO2 in spesiale rotse en skakel dit om in vaste koolstof wat dan verwerk kan word in etanol, 'n alkoholbrandstof. Die meeste van hierdie projekte is kleinskaal en het nog nie 'n beduidende impak gehad op die vermindering van hoë vlakke van koolstofdioksied in die lug nie.
Hierdie beeld wys 'n huis wat op koolstofdioksied werk. Die toestel wat hier getoon word, skakel koolstofdioksied (die molekules in die rooi en wit borrels) om in 'n sout genaamd formiaat (die blou, rooi, wit en swart borrels). Hierdie sout kan dan in 'n brandstofsel gebruik word om elektrisiteit op te wek.
Kazemifar het gesê ons beste opsie is om "eers kweekhuisgasvrystellings te verminder." Een manier om dit te doen, is om fossielbrandstowwe te vervang met hernubare energiebronne soos wind of sonkrag. Dit is deel van 'n oorgang wat wetenskaplikes "dekarbonisering" noem. Maar hy het bygevoeg dat die stop van klimaatsverandering 'n veelsydige benadering sal vereis. Hierdie nuwe tegnologie is nodig om koolstof vas te lê in gebiede wat moeilik is om te dekarboniseer, het hy gesê. Neem staalfabrieke en sementfabrieke, om twee voorbeelde te noem.
Die MIT-span sien ook voordele in die kombinasie van hul nuwe tegnologie met son- en windkrag. Tradisionele batterye is ontwerp om energie vir weke op 'n slag te stoor. Die stoor van somersonlig in die winter of langer vereis 'n ander benadering. "Met formatebrandstof," het Lee gesê, is jy nie meer beperk tot selfs seisoenale berging nie. "Dit kan generasiegewys wees."
Dit mag dalk nie soos goud skitter nie, maar “ek kan 200 ton… formate aan my seuns en dogters nalaat,” het Lee gesê, “as 'n erfenis.”
Alkalies: 'n Byvoeglike naamwoord wat 'n chemiese stof beskryf wat hidroksiedione (OH-) in oplossing vorm. Hierdie oplossings word ook alkalies genoem (in teenstelling met suur) en het 'n pH groter as 7.
Waterdraer: 'n Rotsformasie wat ondergrondse waterreservoirs kan hou. Die term is ook van toepassing op ondergrondse komme.
Basalt: 'n Swart vulkaniese gesteente wat gewoonlik baie dig is (tensy 'n vulkaniese uitbarsting groot sakke gas daarin gelaat het).
binding: (in chemie) 'n semi-permanente verbinding tussen atome (of groepe atome) in 'n molekule. Dit word gevorm deur aantrekkingskragte tussen die deelnemende atome. Sodra bindings gevorm is, funksioneer die atome as 'n eenheid. Om die samestellende atome te skei, moet energie in die vorm van hitte of ander straling aan die molekules verskaf word.
Koolstof: 'n Chemiese element wat die fisiese basis van alle lewe op Aarde is. Koolstof bestaan ​​vrylik in die vorm van grafiet en diamant. Dit is 'n belangrike komponent van steenkool, kalksteen en petroleum, en is in staat om chemies self te assosieer om 'n wye verskeidenheid molekules van chemiese, biologiese en kommersiële waarde te vorm. (In klimaatnavorsing) Die term koolstof word soms amper uitruilbaar met koolstofdioksied gebruik om te verwys na die potensiële impak wat 'n aksie, produk, beleid of proses op die langtermynverwarming van die atmosfeer kan hê.
Koolstofdioksied: (of CO2) is 'n kleurlose, reuklose gas wat deur alle diere geproduseer word wanneer die suurstof wat hulle inasem reageer met die koolstofryke voedsel wat hulle eet. Koolstofdioksied word ook vrygestel wanneer organiese materiaal, insluitend fossielbrandstowwe soos olie of natuurlike gas, verbrand word. Koolstofdioksied is 'n kweekhuisgas wat hitte in die Aarde se atmosfeer vasvang. Plante skakel koolstofdioksied om in suurstof deur fotosintese en gebruik hierdie proses om hul eie voedsel te maak.
Sement: 'n Bindmiddel wat gebruik word om twee materiale bymekaar te hou, wat veroorsaak dat dit in 'n vaste stof verhard, of 'n dik gom wat gebruik word om twee materiale bymekaar te hou. (Konstruksie) 'n Fyn gemaalde materiaal wat gebruik word om sand of gebreekte rots bymekaar te bind om beton te vorm. Sement word gewoonlik as 'n poeier gemaak. Maar sodra dit nat word, verander dit in 'n modderige slyk wat verhard wanneer dit droog word.
Chemies: 'n Stof wat bestaan ​​uit twee of meer atome wat in 'n vaste verhouding en struktuur gekombineer (gebind) is. Water is byvoorbeeld 'n chemiese stof wat bestaan ​​uit twee waterstofatome wat aan een suurstofatoom gebind is. Die chemiese formule daarvan is H2O. "Chemies" kan ook as 'n byvoeglike naamwoord gebruik word om die eienskappe van 'n stof te beskryf wat voortspruit uit verskeie reaksies tussen verskillende verbindings.
Chemiese binding: 'n Aantrekkingskrag tussen atome wat sterk genoeg is om die gebonde elemente as 'n eenheid te laat funksioneer. Sommige aantrekkingskragte is swak, ander is sterk. Alle bindings blyk atome te verbind deur elektrone te deel (of te probeer deel).
Chemiese reaksie: 'n Proses wat 'n herrangskikking van die molekules of strukture van 'n stof behels eerder as 'n verandering in fisiese vorm (bv. van vaste stof na gas).
Chemie: die tak van die wetenskap wat die samestelling, struktuur, eienskappe en interaksies van stowwe bestudeer. Wetenskaplikes gebruik hierdie kennis om onbekende stowwe te bestudeer, om nuttige stowwe in groot hoeveelhede te reproduseer, of om nuwe nuttige stowwe te ontwerp en te skep. (van chemiese verbindings) Chemie verwys ook na die formule van 'n verbinding, die metode waarmee dit voorberei word, of sommige van sy eienskappe. Mense wat in hierdie veld werk, word chemici genoem. (in die sosiale wetenskappe) die vermoë van mense om saam te werk, oor die weg te kom en mekaar se geselskap te geniet.
Klimaatsverandering: 'n Beduidende, langtermynverandering in die Aarde se klimaat. Dit kan natuurlik of as gevolg van menslike aktiwiteite plaasvind, insluitend die verbranding van fossielbrandstowwe en die skoonmaak van woude.
Dekarbonisering: verwys na die doelbewuste oorgang weg van besoedelende tegnologieë, aktiwiteite en energiebronne wat koolstofgebaseerde kweekhuisgasse, soos koolstofdioksied en metaan, in die atmosfeer vrystel. Die doel is om die hoeveelheid koolstofgasse wat tot klimaatsverandering bydra, te verminder.
Elektrisiteit: Die vloei van elektriese lading, gewoonlik as gevolg van die beweging van negatief gelaaide deeltjies wat elektrone genoem word.
Elektron: 'n negatief gelaaide deeltjie wat gewoonlik om die buitenste gebied van 'n atoom wentel; dit is ook die draer van elektrisiteit in vaste stowwe.
Ingenieur: Iemand wat wetenskap en wiskunde gebruik om probleme op te los. Wanneer dit as 'n werkwoord gebruik word, verwys die woord ingenieur na die ontwerp van 'n toestel, materiaal of proses om 'n probleem of onvervulde behoefte op te los.
Etanol: 'n Alkohol, ook genoem etielalkohol, wat die basis vorm vir alkoholiese drankies soos bier, wyn en spiritualieë. Dit word ook as 'n oplosmiddel en brandstof gebruik (byvoorbeeld, dikwels gemeng met petrol).
Filter: (n.) Iets wat sommige materiale toelaat om deur te gaan en ander om deur te gaan, afhangende van hul grootte of ander eienskappe. (v.) Die proses om sekere stowwe te selekteer gebaseer op eienskappe soos grootte, digtheid, lading, ens. (in fisika) 'n Skerm, plaat of laag van 'n stof wat lig of ander straling absorbeer of selektief verhoed dat sommige van sy komponente deurgaan.
Formate: 'n Algemene term vir soute of esters van miersuur, 'n geoksideerde vorm van 'n vetsuur. ('n Ester is 'n koolstofgebaseerde verbinding wat gevorm word deur die waterstofatome van sekere sure met sekere tipes organiese groepe te vervang. Baie vette en essensiële olies is natuurlik voorkomende esters van vetsure.)
Fossielbrandstof: Enige brandstof, soos steenkool, petroleum (ru-olie) of natuurlike gas, wat oor miljoene jare binne die Aarde gevorm is uit die verrottende oorblyfsels van bakterieë, plante of diere.
Brandstof: Enige stof wat energie vrystel deur 'n beheerde chemiese of kernreaksie. Fossielbrandstowwe (steenkool, natuurlike gas en olie) is algemene brandstowwe wat energie vrystel deur chemiese reaksies wanneer dit verhit word (gewoonlik tot die punt van verbranding).
Brandstofsel: 'n Toestel wat chemiese energie in elektriese energie omskakel. Die mees algemene brandstof is waterstof, waarvan die enigste neweproduk waterdamp is.
Geologie: 'n Byvoeglike naamwoord wat alles beskryf wat verband hou met die fisiese struktuur van die Aarde, die materiale daarvan, geskiedenis en die prosesse wat daarop plaasvind. Mense wat in hierdie veld werk, word geoloë genoem.
Aardverwarming: 'n Geleidelike toename in die algehele temperatuur van die Aarde se atmosfeer as gevolg van die kweekhuiseffek. Die effek word veroorsaak deur toenemende vlakke van koolstofdioksied, chloorfluorkoolstowwe en ander gasse in die lug, waarvan baie deur menslike aktiwiteite vrygestel word.
Waterstof: Die ligste element in die heelal. As 'n gas is dit kleurloos, reukloos en uiters vlambaar. Dit is 'n komponent van baie brandstowwe, vette en die chemikalieë waaruit lewende weefsel bestaan. Dit bestaan ​​uit 'n proton (die kern) en 'n elektron wat daarom wentel.
Innovasie: (v. om te innoveer; byvoeglike naamwoord om te innoveer) 'n Aanpassing of verbetering aan 'n bestaande idee, proses of produk om dit nuwer, slimmer, meer doeltreffend of meer bruikbaar te maak.
Loog: Die algemene naam vir natriumhidroksied (NaOH) oplossing. Loog word dikwels met plantaardige olies of dierlike vette en ander bestanddele gemeng om seepstaaf te maak.
Materiaalwetenskaplike: 'n Navorser wat die verband tussen die atoom- en molekulêre struktuur van 'n materiaal en die algehele eienskappe daarvan bestudeer. Materiaalwetenskaplikes kan nuwe materiale ontwikkel of bestaande materiale analiseer. Die analise van 'n materiaal se algehele eienskappe, soos digtheid, sterkte en smeltpunt, kan ingenieurs en ander navorsers help om die beste materiale vir nuwe toepassings te kies.
Molekule: 'n Groep elektries neutrale atome wat die kleinste moontlike hoeveelheid van 'n chemiese verbinding verteenwoordig. Molekules kan uit een tipe atoom of verskillende tipes atome bestaan. Byvoorbeeld, die suurstof in lug bestaan ​​uit twee suurstofatome (O2), en water bestaan ​​uit twee waterstofatome en een suurstofatoom (H2O).
Besoedelstof: 'n Stof wat iets besoedel, soos lug, water, mense of voedsel. Sommige besoedelstowwe is chemikalieë, soos plaagdoders. Ander besoedelstowwe kan straling wees, insluitend oormatige hitte of lig. Selfs onkruid en ander indringerspesies kan as 'n vorm van biobesoedeling beskou word.
Potent: 'n Byvoeglike naamwoord wat verwys na iets wat baie sterk of kragtig is (soos 'n kiem, gif, medisyne of suur).
Hernubaar: 'n Byvoeglike naamwoord wat verwys na 'n hulpbron wat onbepaald vervang kan word (soos water, groen plante, sonlig en wind). Dit kontrasteer met nie-hernubare hulpbronne, wat 'n beperkte voorraad het en effektief uitgeput kan word. Nie-hernubare hulpbronne sluit olie (en ander fossielbrandstowwe) of relatief skaars elemente en minerale in.