Cementárny, jako je ta zde zobrazená, jsou hlavním zdrojem oxidu uhličitého, který otepluje klima. Některé z těchto znečišťujících látek však lze přeměnit na nový typ paliva. Tuto sůl lze bezpečně skladovat po celá desetiletí i déle.
Toto je další článek ze série, která se zabývá novými technologiemi a opatřeními, jež mohou zpomalit změnu klimatu, snížit její dopady nebo pomoci komunitám vyrovnat se s rychle se měnícím světem.
Činnosti, které uvolňují oxid uhličitý (CO2), běžný skleníkový plyn, přispívají k oteplování zemské atmosféry. Myšlenka extrakce CO2 ze vzduchu a jeho ukládání není nová. Je však obtížné ji realizovat, zvláště když si to lidé mohou dovolit. Nový systém řeší problém znečištění CO2 trochu jinak. Chemicky přeměňuje tento plyn oteplující klima na palivo.
Vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) v Cambridge publikovali 15. listopadu své přelomové výsledky v časopise Cell Reports Physical Science.
Jejich nový systém je rozdělen do dvou částí. První část zahrnuje přeměnu oxidu uhličitého ze vzduchu na molekulu zvanou mravenčan, která slouží k výrobě paliva. Stejně jako oxid uhličitý obsahuje mravenčan jeden atom uhlíku a dva atomy kyslíku a také jeden atom vodíku. Mravenčan obsahuje také několik dalších prvků. V nové studii byla použita mravenčanová sůl, která je odvozena od sodíku nebo draslíku.
Většina palivových článků běží na vodík, hořlavý plyn, jehož přeprava vyžaduje potrubí a tlakové nádrže. Palivové články však mohou běžet i na mravenčan. Podle Li Ju, materiálového vědce, který vedl vývoj nového systému, má mravenčan energetický obsah srovnatelný s vodíkem. Li Ju poznamenal, že mravenčan má oproti vodíku určité výhody. Je bezpečnější a nevyžaduje skladování za vysokého tlaku.
Výzkumníci z MIT vytvořili palivový článek pro testování mravenčanu, který vyrábějí z oxidu uhličitého. Nejprve smíchali sůl s vodou. Směs byla poté vložena do palivového článku. Uvnitř palivového článku mravenčan v chemické reakci uvolňoval elektrony. Tyto elektrony proudily ze záporné elektrody palivového článku na kladnou elektrodu a uzavíraly elektrický obvod. Tyto proudící elektrony – elektrický proud – byly během experimentu přítomny po dobu 200 hodin.
Zhen Zhang, vědec z oblasti materiálů, který s Lim spolupracuje na MIT, je optimistický a věří, že jeho tým bude schopen novou technologii do deseti let škálovat.
Výzkumný tým MIT použil chemickou metodu k přeměně oxidu uhličitého na klíčovou složku pro výrobu paliva. Nejprve jej vystavili vysoce alkalickému roztoku. Zvolili hydroxid sodný (NaOH), běžně známý jako louh. Tím se spustí chemická reakce, která produkuje hydrogenuhličitan sodný (NaHCO3), lépe známý jako jedlá soda.
Pak zapnuli proud. Elektrický proud spustil novou chemickou reakci, která rozštěpila každý atom kyslíku v molekule jedlé sody a zanechala mravenčan sodný (NaCHO2). Jejich systém přeměnil téměř veškerý uhlík v CO2 – více než 96 procent – ​​na tuto sůl.
Energie potřebná k odstranění kyslíku je uložena v chemických vazbách mravenčanu. Profesor Li poznamenal, že mravenčan dokáže tuto energii ukládat po celá desetiletí, aniž by ztratil potenciální energii. Při průchodu palivovým článkem pak generuje elektřinu. Pokud elektřina použitá k výrobě mravenčanu pochází ze solární, větrné nebo vodní energie, bude elektřina generovaná palivovým článkem čistým zdrojem energie.
Abychom mohli novou technologii rozšířit, Lee uvedl, že „musíme najít bohaté geologické zdroje louhu.“ Studoval typ horniny zvané alkalický čedič (AL-kuh-lye buh-SALT). Po smíchání s vodou se tyto horniny přemění na louh.
Farzan Kazemifar je inženýr na Státní univerzitě v San Jose v Kalifornii. Jeho výzkum se zaměřuje na ukládání oxidu uhličitého v podzemních solných formacích. Odstraňování oxidu uhličitého ze vzduchu bylo vždy obtížné, a proto drahé, říká. Proto je výhodné přeměňovat CO2 na použitelné produkty, jako je mravenčan. Cena produktu může kompenzovat výrobní náklady.
Proběhlo mnoho výzkumů zaměřených na zachycování oxidu uhličitého ze vzduchu. Například tým vědců z Lehigh University nedávno popsal další metodu filtrování oxidu uhličitého ze vzduchu a jeho přeměny na jedlou sodu. Jiné výzkumné skupiny ukládají CO2 ve speciálních horninách a přeměňují ho na pevný uhlík, který lze následně zpracovat na ethanol, alkoholové palivo. Většina těchto projektů je malého rozsahu a dosud neměla významný dopad na snížení vysoké hladiny oxidu uhličitého ve vzduchu.
Tento obrázek ukazuje dům, který běží na oxid uhličitý. Zde zobrazené zařízení přeměňuje oxid uhličitý (molekuly v červených a bílých bublinách) na sůl zvanou mravenčan (modré, červené, bílé a černé bubliny). Tuto sůl lze poté použít v palivovém článku k výrobě elektřiny.
Kazemifar uvedl, že naší nejlepší možností je „nejprve snížit emise skleníkových plynů“. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je nahradit fosilní paliva obnovitelnými zdroji energie, jako je vítr nebo slunce. To je součást transformace, kterou vědci nazývají „dekarbonizace“. Dodal však, že zastavení klimatických změn bude vyžadovat mnohostranný přístup. Tato nová technologie je podle něj potřebná k zachycení uhlíku v oblastech, které je obtížné dekarbonizovat. Vezměme si například ocelárny a cementárny.
Tým MIT vidí výhody také v kombinaci své nové technologie se solární a větrnou energií. Tradiční baterie jsou navrženy tak, aby ukládaly energii po celé týdny. Ukládání letního slunečního záření do zimy nebo i déle vyžaduje jiný přístup. „S palivem na bázi mravenčanu,“ řekl Lee, už nejste omezeni ani na sezónní skladování. „Mohlo by to být generační.“
Možná se to netřpytí jako zlato, ale „mohu svým synům a dcerám odkázat 200 tun… formiátu,“ řekl Lee, „jako dědictví.“
Alkalický: Přídavné jméno popisující chemickou látku, která v roztoku tvoří hydroxidové ionty (OH-). Tyto roztoky se také nazývají alkalické (na rozdíl od kyselých) a mají pH vyšší než 7.
Zvodnělá vrstva: Skalní útvar schopný pojmout podzemní rezervoáry vody. Tento termín se vztahuje i na podzemní pánve.
Čedič: Černá sopečná hornina, která je obvykle velmi hustá (pokud v ní sopečná erupce nezanechala velké plynové kapsy).
vazba: (v chemii) polotrvalé spojení mezi atomy (nebo skupinami atomů) v molekule. Vzniká přitažlivými silami mezi zúčastněnými atomy. Jakmile se vazby vytvoří, atomy fungují jako jednotka. K oddělení atomů, které je tvoří, musí být molekulám dodána energie ve formě tepla nebo jiného záření.
Uhlík: Chemický prvek, který je fyzikálním základem veškerého života na Zemi. Uhlík existuje volně ve formě grafitu a diamantu. Je důležitou složkou uhlí, vápence a ropy a je schopen chemicky se vázat za vzniku široké škály molekul chemické, biologické a komerční hodnoty. (Ve výzkumu klimatu) Termín uhlík se někdy používá téměř zaměnitelně s termínem oxid uhličitý k označení potenciálního dopadu, který může mít akce, produkt, politika nebo proces na dlouhodobé oteplování atmosféry.
Oxid uhličitý: (nebo CO2) je bezbarvý plyn bez zápachu, který produkují všichni živočichové, když kyslík, který dýchají, reaguje s potravou bohatou na uhlík, kterou konzumují. Oxid uhličitý se také uvolňuje při spalování organické hmoty, včetně fosilních paliv, jako je ropa nebo zemní plyn. Oxid uhličitý je skleníkový plyn, který zachycuje teplo v zemské atmosféře. Rostliny přeměňují oxid uhličitý na kyslík pomocí fotosyntézy a tento proces využívají k výrobě vlastní potravy.
Cement: Pojivo používané k udržení dvou materiálů pohromadě, které způsobuje jejich ztvrdnutí do pevné látky, nebo husté lepidlo používané k udržení dvou materiálů pohromadě. (Stavební technika) Jemně mletý materiál používaný ke spojení písku nebo drcené horniny za vzniku betonu. Cement se obvykle vyrábí jako prášek. Jakmile však navlhne, změní se na blátivou kaši, která po zaschnutí tvrdne.
Chemikálie: Látka složená ze dvou nebo více atomů spojených (vázaných) v určitém poměru a struktuře. Například voda je chemická látka složená ze dvou atomů vodíku vázaných na jeden atom kyslíku. Její chemický vzorec je H2O. Slovo „chemikálie“ lze také použít jako přídavné jméno k popisu vlastností látky, které jsou výsledkem různých reakcí mezi různými sloučeninami.
Chemická vazba: Přitažlivá síla mezi atomy, která je dostatečně silná, aby způsobila, že vázané prvky fungují jako celek. Některé přitažlivosti jsou slabé, jiné silné. Zdá se, že všechny vazby spojují atomy sdílením (nebo pokusem o sdílení) elektronů.
Chemická reakce: Proces zahrnující spíše přeskupení molekul nebo struktur látky než změnu fyzikálního stavu (např. z pevné látky na plynnou).
Chemie: vědní obor, který studuje složení, strukturu, vlastnosti a interakce látek. Vědci tyto znalosti využívají ke studiu neznámých látek, k reprodukci užitečných látek ve velkém množství nebo k navrhování a vytváření nových užitečných látek. (chemických sloučenin) Chemie se také vztahuje ke vzorci sloučeniny, způsobu její přípravy nebo k některým jejím vlastnostem. Lidé, kteří v tomto oboru pracují, se nazývají chemici. (ve společenských vědách) schopnost lidí spolupracovat, vycházet spolu a užívat si vzájemné společnosti.
Klimatická změna: Významná, dlouhodobá změna zemského klimatu. Může k ní dojít přirozeně nebo v důsledku lidské činnosti, včetně spalování fosilních paliv a kácení lesů.
Dekarbonizace: označuje záměrný přechod od znečišťujících technologií, činností a zdrojů energie, které do atmosféry vypouštějí skleníkové plyny na bázi uhlíku, jako je oxid uhličitý a metan. Cílem je snížit množství uhlíkových plynů, které přispívají ke změně klimatu.
Elektřina: Tok elektrického náboje, obvykle vyplývající z pohybu záporně nabitých částic zvaných elektrony.
Elektron: záporně nabitá částice, která obvykle obíhá kolem vnější oblasti atomu; je také nosičem elektřiny v pevných látkách.
Inženýr: Někdo, kdo používá vědu a matematiku k řešení problémů. Použití slova inženýr jako slovesa odkazuje na návrh zařízení, materiálu nebo procesu k řešení problému nebo nenaplněné potřeby.
Ethanol: Alkohol, nazývaný také ethylalkohol, který je základem alkoholických nápojů, jako je pivo, víno a lihoviny. Používá se také jako rozpouštědlo a palivo (například často smícháván s benzínem).
Filtr: (podst. jm.) Něco, co propouští některé materiály a jiné v závislosti na jejich velikosti nebo jiných vlastnostech. (sloveso) Proces výběru určitých látek na základě vlastností, jako je velikost, hustota, náboj atd. (ve fyzice) Cívka, deska nebo vrstva látky, která absorbuje světlo nebo jiné záření nebo selektivně brání průchodu některých jejích složek.
Formiát: Obecný termín pro soli nebo estery kyseliny mravenčí, oxidovanou formu mastné kyseliny. (Ester je sloučenina na bázi uhlíku, která vzniká nahrazením atomů vodíku určitých kyselin určitými typy organických skupin. Mnoho tuků a esenciálních olejů jsou přirozeně se vyskytující estery mastných kyselin.)
Fosilní palivo: Jakékoli palivo, jako je uhlí, ropa (surová ropa) nebo zemní plyn, které vzniklo v průběhu milionů let uvnitř Země z rozkládajících se zbytků bakterií, rostlin nebo živočichů.
Palivo: Jakákoli látka, která uvolňuje energii řízenou chemickou nebo jadernou reakcí. Fosilní paliva (uhlí, zemní plyn a ropa) jsou běžná paliva, která uvolňují energii chemickými reakcemi při zahřívání (obvykle do bodu spalování).
Palivový článek: Zařízení, které přeměňuje chemickou energii na elektrickou. Nejběžnějším palivem je vodík, jehož jediným vedlejším produktem je vodní pára.
Geologie: Přídavné jméno popisující vše, co souvisí s fyzickou strukturou Země, jejími materiály, historií a procesy, které na ní probíhají. Lidé, kteří v tomto oboru pracují, se nazývají geologové.
Globální oteplování: Postupné zvyšování celkové teploty zemské atmosféry v důsledku skleníkového efektu. Tento efekt je způsoben rostoucími hladinami oxidu uhličitého, chlorfluorovaných uhlovodíků a dalších plynů ve vzduchu, z nichž mnohé jsou emitovány lidskou činností.
Vodík: Nejlehčí prvek ve vesmíru. Jako plyn je bezbarvý, bez zápachu a extrémně hořlavý. Je součástí mnoha paliv, tuků a chemických látek, které tvoří živé tkáně. Skládá se z protonu (jádra) a elektronu obíhajícího kolem něj.
Inovace: (sloveso inovovat; příd. jm. inovovat) Úprava nebo vylepšení existující myšlenky, procesu nebo produktu, aby byl novější, chytřejší, efektivnější nebo užitečnější.
Louh: Obecný název pro roztok hydroxidu sodného (NaOH). Louh se často mísí s rostlinnými oleji nebo živočišnými tuky a dalšími přísadami k výrobě tuhého mýdla.
Materiálový vědec: Výzkumník, který studuje vztah mezi atomovou a molekulární strukturou materiálu a jeho celkovými vlastnostmi. Materiáloví vědci mohou vyvíjet nové materiály nebo analyzovat stávající. Analýza celkových vlastností materiálu, jako je hustota, pevnost a bod tání, může pomoci inženýrům a dalším výzkumníkům vybrat nejlepší materiály pro nové aplikace.
Molekula: Skupina elektricky neutrálních atomů, která představuje nejmenší možné množství chemické sloučeniny. Molekuly mohou být složeny z jednoho typu atomů nebo z různých typů atomů. Například kyslík ve vzduchu se skládá ze dvou atomů kyslíku (O2) a voda se skládá ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku (H2O).
Znečišťující látka: Látka, která kontaminuje něco, například vzduch, vodu, lidi nebo potraviny. Některé znečišťující látky jsou chemikálie, například pesticidy. Dalšími znečišťujícími látkami může být záření, včetně nadměrného tepla nebo světla. Dokonce i plevele a další invazivní druhy lze považovat za formu biologického znečištění.
Silný: Přídavné jméno, které označuje něco velmi silného nebo mocného (například choroboplodný zárodek, jed, lék nebo kyselina).
Obnovitelný: Přídavné jméno označující zdroj, který lze neomezeně nahrazovat (například voda, zelené rostliny, sluneční světlo a vítr). To je v kontrastu s neobnovitelnými zdroji, které mají omezené zásoby a mohou být efektivně vyčerpány. Mezi neobnovitelné zdroje patří ropa (a další fosilní paliva) nebo relativně vzácné prvky a minerály.