Fabricile de ciment precum cea prezentată aici reprezintă o sursă majoră de dioxid de carbon, care contribuie la încălzirea climatică. Însă unii dintre acești poluanți pot fi transformați într-un nou tip de combustibil. Această sare poate fi depozitată în siguranță timp de decenii sau chiar mai mult.
Aceasta este o altă poveste dintr-o serie care analizează noile tehnologii și acțiuni care pot încetini schimbările climatice, pot reduce impactul acestora sau pot ajuta comunitățile să facă față unei lumi în rapidă schimbare.
Activitățile care eliberează dioxid de carbon (CO2), un gaz cu efect de seră comun, contribuie la încălzirea atmosferei Pământului. Ideea de a extrage CO2 din aer și de a-l stoca nu este nouă. Dar este dificil de realizat, mai ales când oamenii și-l pot permite. Un nou sistem rezolvă problema poluării cu CO2 într-un mod ușor diferit. Acesta transformă chimic gazul care încălzește clima în combustibil.
Pe 15 noiembrie, cercetătorii de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts (MIT) din Cambridge și-au publicat rezultatele inovatoare în revista Cell Reports Physical Science.
Noul lor sistem este împărțit în două părți. Prima parte implică transformarea dioxidului de carbon din aer într-o moleculă numită formiat pentru a produce combustibil. La fel ca dioxidul de carbon, formiatul conține un atom de carbon și doi atomi de oxigen, precum și un atom de hidrogen. Formiatul conține și alte câteva elemente. Noul studiu a folosit sare de formiat, care este derivată din sodiu sau potasiu.
Majoritatea pilelor de combustie funcționează cu hidrogen, un gaz inflamabil care necesită conducte și rezervoare sub presiune pentru transport. Cu toate acestea, pilele de combustie pot funcționa și cu formiat. Formiat are un conținut energetic comparabil cu hidrogenul, potrivit lui Li Ju, un om de știință în domeniul materialelor care a condus dezvoltarea noului sistem. Formiat are unele avantaje față de hidrogen, a remarcat Li Ju. Este mai sigur și nu necesită depozitare la presiune înaltă.
Cercetătorii de la MIT au creat o pilă de combustie pentru a testa formiatul, pe care îl produc din dioxid de carbon. Mai întâi, au amestecat sarea cu apă. Amestecul a fost apoi introdus într-o pilă de combustie. În interiorul pilei de combustie, formiatul elibera electroni într-o reacție chimică. Acești electroni curgeau de la electrodul negativ al pilei de combustie la electrodul pozitiv, completând un circuit electric. Acești electroni curgători - un curent electric - au fost prezenți timp de 200 de ore pe parcursul experimentului.
Zhen Zhang, un specialist în știința materialelor care lucrează cu Li la MIT, este optimist că echipa sa va putea extinde noua tehnologie în decurs de un deceniu.
Echipa de cercetare de la MIT a folosit o metodă chimică pentru a converti dioxidul de carbon într-un ingredient cheie pentru producerea de combustibil. Mai întâi, l-au expus unei soluții extrem de alcaline. Au ales hidroxid de sodiu (NaOH), cunoscut în mod obișnuit sub numele de leșie. Aceasta declanșează o reacție chimică ce produce bicarbonat de sodiu (NaHCO3), mai cunoscut sub numele de bicarbonat de sodiu.
Apoi au pornit curentul. Curentul electric a declanșat o nouă reacție chimică care a divizat fiecare atom de oxigen din molecula de bicarbonat de sodiu, lăsând în urmă formiat de sodiu (NaCHO2). Sistemul lor a transformat aproape tot carbonul din CO2 - peste 96% - în această sare.
Energia necesară pentru a elimina oxigenul este stocată în legăturile chimice ale formiatului. Profesorul Li a remarcat că formiatul poate stoca această energie timp de decenii fără a pierde energie potențială. Apoi, generează electricitate atunci când trece printr-o pilă de combustie. Dacă electricitatea utilizată pentru a produce formiat provine din energie solară, eoliană sau hidroelectrică, electricitatea generată de pila de combustie va fi o sursă de energie curată.
Pentru a extinde noua tehnologie, Lee a spus că „trebuie să găsim resurse geologice bogate de leșie”. El a studiat un tip de rocă numită bazalt alcalin (AL-kuh-lye buh-SALT). Când sunt amestecate cu apa, aceste roci se transformă în leșie.
Farzan Kazemifar este inginer la Universitatea de Stat din San Jose, California. Cercetările sale se concentrează pe stocarea dioxidului de carbon în formațiuni subterane de sare. Eliminarea dioxidului de carbon din aer a fost întotdeauna dificilă și, prin urmare, costisitoare, spune el. Așadar, este profitabil să se transforme CO2 în produse utilizabile, cum ar fi formiatul. Costul produsului poate compensa costul de producție.
Au existat numeroase cercetări privind captarea dioxidului de carbon din aer. De exemplu, o echipă de oameni de știință de la Universitatea Lehigh a descris recent o altă metodă de filtrare a dioxidului de carbon din aer și de transformare a acestuia în bicarbonat de sodiu. Alte grupuri de cercetare stochează CO2 în roci speciale, transformându-l în carbon solid care poate fi apoi procesat în etanol, un combustibil alcoolic. Majoritatea acestor proiecte sunt la scară mică și nu au avut încă un impact semnificativ asupra reducerii nivelurilor ridicate de dioxid de carbon din aer.
Această imagine prezintă o casă care funcționează cu dioxid de carbon. Dispozitivul prezentat aici transformă dioxidul de carbon (moleculele din bulele roșii și albe) într-o sare numită formiat (bulurile albastre, roșii, albe și negre). Această sare poate fi apoi utilizată într-o pilă de combustie pentru a genera electricitate.
Kazemifar a spus că cea mai bună opțiune este „să reducem mai întâi emisiile de gaze cu efect de seră”. O modalitate de a face acest lucru este înlocuirea combustibililor fosili cu surse de energie regenerabilă, cum ar fi energia eoliană sau solară. Aceasta face parte dintr-o tranziție pe care oamenii de știință o numesc „decarbonizare”. Dar a adăugat că oprirea schimbărilor climatice va necesita o abordare multifațetată. Această nouă tehnologie este necesară pentru a capta carbonul în zonele dificil de decarbonizat, a spus el. Luați oțelăriile și fabricile de ciment, pentru a numi două exemple.
Echipa MIT vede, de asemenea, beneficii în combinarea noii lor tehnologii cu energia solară și eoliană. Bateriile tradiționale sunt concepute pentru a stoca energie timp de săptămâni întregi. Stocarea luminii solare de vară în timpul iernii sau mai mult timp necesită o abordare diferită. „Cu combustibil formiat”, a spus Lee, nu mai ești limitat nici măcar la stocarea sezonieră. „Ar putea fi generațională.”
Poate că nu strălucește ca aurul, dar „pot lăsa 200 de tone... de formiat fiilor și fiicelor mele”, a spus Lee, „ca moștenire”.
Alcalin: Un adjectiv care descrie o substanță chimică ce formează ioni de hidroxid (OH-) în soluție. Aceste soluții sunt numite și alcaline (spre deosebire de acide) și au un pH mai mare de 7.
Acvifer: O formațiune rocoasă capabilă să țină rezervoare subterane de apă. Termenul se aplică și bazinelor subterane.
Bazalt: O rocă vulcanică neagră, de obicei foarte densă (cu excepția cazului în care o erupție vulcanică a lăsat în urmă cantități mari de gaz).
legătură: (în chimie) o conexiune semipermanentă între atomi (sau grupuri de atomi) dintr-o moleculă. Se formează prin forțe atractive între atomii participanți. Odată ce legăturile se formează, atomii funcționează ca o unitate. Pentru a separa atomii constituenți, moleculelor trebuie să li se furnizeze energie sub formă de căldură sau alte radiații.
Carbon: Un element chimic care stă la baza fizică a întregii vieți de pe Pământ. Carbonul există liber sub formă de grafit și diamant. Este o componentă importantă a cărbunelui, calcarului și petrolului și este capabil să se autoasocieze chimic pentru a forma o mare varietate de molecule cu valoare chimică, biologică și comercială. (În cercetarea climatică) Termenul carbon este uneori folosit aproape interschimbabil cu dioxid de carbon pentru a se referi la impactul potențial pe care o acțiune, un produs, o politică sau un proces îl poate avea asupra încălzirii pe termen lung a atmosferei.
Dioxid de carbon: (sau CO2) este un gaz incolor și inodor produs de toate animalele atunci când oxigenul pe care îl respiră reacționează cu alimentele bogate în carbon pe care le consumă. Dioxidul de carbon este eliberat și atunci când se ard materia organică, inclusiv combustibilii fosili precum petrolul sau gazele naturale. Dioxidul de carbon este un gaz cu efect de seră care captează căldura în atmosfera Pământului. Plantele transformă dioxidul de carbon în oxigen prin fotosinteză și folosesc acest proces pentru a-și produce propria hrană.
Ciment: Un liant folosit pentru a ține împreună două materiale, determinându-le să se întărească într-un solid, sau un adeziv gros folosit pentru a ține împreună două materiale. (Construcții) Un material fin măcinat folosit pentru a lega nisipul sau roca zdrobită pentru a forma beton. Cimentul este de obicei produs sub formă de pulbere. Dar odată ce se udă, se transformă într-o pastă noroioasă care se întărește atunci când se usucă.
Chimic: O substanță alcătuită din doi sau mai mulți atomi combinați (legați) într-o proporție și structură fixe. De exemplu, apa este o substanță chimică alcătuită din doi atomi de hidrogen legați de un atom de oxigen. Formula sa chimică este H2O. „Chimic” poate fi folosit și ca adjectiv pentru a descrie proprietățile unei substanțe care rezultă din diverse reacții între diferiți compuși.
Legătură chimică: O forță de atracție între atomi, suficient de puternică pentru a face ca elementele legate să funcționeze ca o unitate. Unele atracții sunt slabe, altele sunt puternice. Toate legăturile par să conecteze atomii prin partajarea (sau încercarea de a partaja) electroni.
Reacție chimică: Un proces care implică o rearanjare a moleculelor sau structurilor unei substanțe, mai degrabă decât o schimbare a formei fizice (de exemplu, din solid în gaz).
Chimie: ramura științei care studiază compoziția, structura, proprietățile și interacțiunile substanțelor. Oamenii de știință folosesc aceste cunoștințe pentru a studia substanțe necunoscute, pentru a reproduce substanțe utile în cantități mari sau pentru a proiecta și crea noi substanțe utile. (despre compuși chimici) Chimia se referă și la formula unui compus, la metoda prin care este preparat sau la unele dintre proprietățile sale. Persoanele care lucrează în acest domeniu sunt numite chimiști. (în științele sociale) capacitatea oamenilor de a coopera, de a se înțelege și de a se bucura de compania celuilalt.
Schimbări climatice: O schimbare semnificativă, pe termen lung, a climei Pământului. Aceasta poate apărea în mod natural sau ca urmare a activităților umane, inclusiv arderea combustibililor fosili și defrișarea pădurilor.
Decarbonizare: se referă la tranziția intenționată de la tehnologiile, activitățile și sursele de energie poluante care emit în atmosferă gaze cu efect de seră pe bază de carbon, cum ar fi dioxidul de carbon și metanul. Scopul este de a reduce cantitatea de gaze cu carbon care contribuie la schimbările climatice.
Electricitate: Fluxul de sarcină electrică, rezultat de obicei din mișcarea particulelor încărcate negativ numite electroni.
Electron: o particulă încărcată negativ care orbitează de obicei regiunea exterioară a unui atom; este, de asemenea, purtătorul de electricitate în solide.
Inginer: Cineva care folosește știința și matematica pentru a rezolva probleme. Când este folosit ca verb, cuvântul inginer se referă la proiectarea unui dispozitiv, material sau proces pentru a rezolva o problemă sau o nevoie nesatisfăcută.
Etanol: Un alcool, numit și alcool etilic, care stă la baza băuturilor alcoolice precum berea, vinul și băuturile spirtoase. De asemenea, este utilizat ca solvent și combustibil (de exemplu, adesea amestecat cu benzină).
Filtru: (s.) Ceva care permite trecerea unor materiale și a altora, în funcție de dimensiunea lor sau de alte caracteristici. (v.) Procesul de selectare a anumitor substanțe pe baza unor proprietăți precum dimensiunea, densitatea, sarcina etc. (în fizică) Un ecran, o placă sau un strat al unei substanțe care absoarbe lumina sau alte radiații sau împiedică selectiv trecerea unora dintre componentele sale.
Formiat: Un termen general pentru săruri sau esteri ai acidului formic, o formă oxidată a unui acid gras. (Un ester este un compus pe bază de carbon format prin înlocuirea atomilor de hidrogen ai anumitor acizi cu anumite tipuri de grupări organice. Multe grăsimi și uleiuri esențiale sunt esteri naturali ai acizilor grași.)
Combustibil fosil: Orice combustibil, cum ar fi cărbunele, petrolul (țițeiul) sau gazele naturale, care s-a format de-a lungul a milioane de ani în interiorul Pământului din rămășițele aflate în descompunere ale bacteriilor, plantelor sau animalelor.
Combustibil: Orice substanță care eliberează energie printr-o reacție chimică sau nucleară controlată. Combustibilii fosili (cărbune, gaze naturale și petrol) sunt combustibili obișnuiți care eliberează energie prin reacții chimice atunci când sunt încălziți (de obicei până la punctul de ardere).
Pilă de combustie: Un dispozitiv care transformă energia chimică în energie electrică. Cel mai comun combustibil este hidrogenul, al cărui singur produs secundar este vaporii de apă.
Geologie: Un adjectiv care descrie tot ce are legătură cu structura fizică a Pământului, materialele sale, istoria și procesele care au loc pe el. Persoanele care lucrează în acest domeniu se numesc geologi.
Încălzire globală: O creștere treptată a temperaturii generale a atmosferei Pământului din cauza efectului de seră. Efectul este cauzat de creșterea nivelului de dioxid de carbon, clorofluorocarburi și alte gaze din aer, multe dintre acestea fiind emise de activitățile umane.
Hidrogen: Cel mai ușor element din univers. Ca gaz, este incolor, inodor și extrem de inflamabil. Este o componentă a multor combustibili, grăsimi și substanțe chimice care alcătuiesc țesutul viu. Este format dintr-un proton (nucleul) și un electron care orbitează în jurul acestuia.
Inovație: (v. a inova; adj. a inova) O ajustare sau îmbunătățire a unei idei, procese sau produse existente pentru a le face mai noi, mai inteligente, mai eficiente sau mai utile.
Sodă de sodiu: Denumirea generală pentru soluția de hidroxid de sodiu (NaOH). Soda de sodiu este adesea amestecată cu uleiuri vegetale sau grăsimi animale și alte ingrediente pentru a obține săpun solid.
Specialiști în știința materialelor: Un cercetător care studiază relația dintre structura atomică și moleculară a unui material și proprietățile sale generale. Specialiștii în știința materialelor pot dezvolta materiale noi sau pot analiza pe cele existente. Analizarea proprietăților generale ale unui material, cum ar fi densitatea, rezistența și punctul de topire, poate ajuta inginerii și alți cercetători să selecteze cele mai bune materiale pentru noi aplicații.
Moleculă: Un grup de atomi neutri din punct de vedere electric care reprezintă cea mai mică cantitate posibilă dintr-un compus chimic. Moleculele pot fi alcătuite dintr-un singur tip de atom sau din diferite tipuri de atomi. De exemplu, oxigenul din aer este alcătuit din doi atomi de oxigen (O2), iar apa este alcătuită din doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen (H2O).
Poluant: O substanță care contaminează ceva, cum ar fi aerul, apa, oamenii sau alimentele. Unii poluanți sunt substanțe chimice, cum ar fi pesticidele. Alți poluanți pot fi radiațiile, inclusiv căldura sau lumina excesivă. Chiar și buruienile și alte specii invazive pot fi considerate o formă de bioincrustare.
Potent: Un adjectiv care se referă la ceva foarte puternic sau puternic (cum ar fi un germen, o otravă, un medicament sau un acid).
Regenerabil: Un adjectiv care se referă la o resursă ce poate fi înlocuită la nesfârșit (cum ar fi apa, plantele verzi, lumina soarelui și vântul). Aceasta contrastează cu resursele neregenerabile, care au o ofertă limitată și pot fi epuizate efectiv. Resursele neregenerabile includ petrolul (și alți combustibili fosili) sau elemente și minerale relativ rare.