Цэментныя заводы, падобныя да паказанага тут, з'яўляюцца асноўнай крыніцай вуглякіслага газу, які пагражае клімат. Але некаторыя з гэтых забруджвальных рэчываў можна пераўтварыць у новы тып паліва. Гэтую соль можна бяспечна захоўваць дзесяцігоддзямі ці даўжэй.
Гэта чарговая гісторыя з серыі, прысвечанай новым тэхналогіям і дзеянням, якія могуць запаволіць змяненне клімату, паменшыць яго наступствы або дапамагчы супольнасцям справіцца з хутка зменлівым светам.
Дзейнасць, якая прыводзіць да выкіду вуглякіслага газу (CO2), распаўсюджанага парніковага газу, спрыяе пацяпленню атмасферы Зямлі. Ідэя здабывання CO2 з паветра і яго захоўвання не новая. Але гэта складана рэалізаваць, асабліва калі людзі могуць сабе гэта дазволіць. Новая сістэма вырашае праблему забруджвання CO2 крыху іншым спосабам. Яна хімічна пераўтварае газ, які пагравае клімат, у паліва.
15 лістапада даследчыкі з Масачусецкага тэхналагічнага інстытута (MIT) у Кембрыджы апублікавалі свае рэвалюцыйныя вынікі ў часопісе Cell Reports Physical Science.
Іх новая сістэма падзелена на дзве часткі. Першая частка прадугледжвае пераўтварэнне вуглякіслага газу з паветра ў малекулу пад назвай фарыят для вытворчасці паліва. Як і вуглякіслы газ, фарыят змяшчае адзін атам вугляроду і два атамы кіслароду, а таксама адзін атам вадароду. Фарыят таксама змяшчае некалькі іншых элементаў. У новым даследаванні выкарыстоўвалася соль фарыяту, якая атрымліваецца з натрыю або калію.
Большасць паліўных элементаў працуюць на вадародзе, гаручым газе, для транспарціроўкі якога патрабуюцца трубаправоды і рэзервуары пад ціскам. Аднак паліўныя элементы могуць працаваць і на фарыяце. Па словах Лі Цзю, матэрыялазнаўца, які кіраваў распрацоўкай новай сістэмы, фарыят мае энергетычную каштоўнасць, параўнальную з вадародам. Фарыят мае некаторыя перавагі перад вадародам, адзначыў Лі Цзю. Ён больш бяспечны і не патрабуе захоўвання пад высокім ціскам.
Даследчыкі з Масачусецкага тэхналагічнага інстытута стварылі паліўны элемент для тэставання фарыяту, які яны вырабляюць з вуглякіслага газу. Спачатку яны змяшалі соль з вадой. Затым сумесь падалі ў паліўны элемент. Унутры паліўнага элемента фарыят вызваляў электроны ў выніку хімічнай рэакцыі. Гэтыя электроны пацяклі ад адмоўнага электрода паліўнага элемента да дадатнага электрода, замыкаючы электрычны ланцуг. Гэтыя патокі электронаў — электрычны ток — прысутнічалі на працягу 200 гадзін падчас эксперыменту.
Чжэнь Чжан, навуковец па матэрыялах, які працуе з Лі ў Масачусецкім тэхналагічным інстытуце, аптымістычна настроены наконт таго, што яго каманда зможа маштабаваць новую тэхналогію на працягу дзесяцігоддзя.
Даследчая група Масачусецкага тэхналагічнага інстытута выкарыстала хімічны метад для пераўтварэння вуглякіслага газу ў ключавы інгрэдыент для вытворчасці паліва. Спачатку яны падвергнулі яго ўздзеянню высокашчолачнага раствора. Яны выбралі гідраксід натрыю (NaOH), шырока вядомы як шчолач. Гэта выклікае хімічную рэакцыю, у выніку якой утвараецца бікарбанат натрыю (NaHCO3), больш вядомы як харчовая сода.
Затым яны ўключылі электрычнасць. Электрычны ток выклікаў новую хімічную рэакцыю, якая расшчапіла кожны атам кіслароду ў малекуле харчовай соды, пакінуўшы фарміят натрыю (NaCHO2). Іх сістэма пераўтварыла амаль увесь вуглярод у CO2 — больш за 96 працэнтаў — у гэтую соль.
Энергія, неабходная для выдалення кіслароду, захоўваецца ў хімічных сувязях фарыяту. Прафесар Лі адзначыў, што фарыят можа захоўваць гэтую энергію дзесяцігоддзямі без страты патэнцыяльнай энергіі. Затым, праходзячы праз паліўны элемент, ён выпрацоўвае электрычнасць. Калі электрычнасць, якая выкарыстоўваецца для вытворчасці фарыяту, паступае з сонечнай, ветравой або гідраэлектраэнергіі, электрычнасць, якая выпрацоўваецца паліўным элементам, будзе чыстай крыніцай энергіі.
Каб пашырыць маштабы новай тэхналогіі, па словах Лі, «нам трэба знайсці багатыя геалагічныя рэсурсы шчолачы». Ён вывучаў тып горнай пароды пад назвай шчолачны базальт (AL-kuh-lye buh-SALT). Пры змешванні з вадой гэтыя пароды ператвараюцца ў шчолач.
Фарзан Каземіфар — інжынер з Універсітэта штата Сан-Хасэ ў Каліфорніі. Яго даследаванні сканцэнтраваны на захоўванні вуглякіслага газу ў падземных саляных пластах. Выдаленне вуглякіслага газу з паветра заўсёды было складаным і, такім чынам, дарагім, кажа ён. Таму выгадна пераўтвараць CO2 у прыдатныя для выкарыстання прадукты, такія як фарыят. Кошт прадукту можа кампенсаваць выдаткі на вытворчасць.
Было праведзена шмат даследаванняў па ўлоўліванні вуглякіслага газу з паветра. Напрыклад, нядаўна каманда навукоўцаў з Універсітэта Ліхай апісала яшчэ адзін метад фільтрацыі вуглякіслага газу з паветра і пераўтварэння яго ў харчовую соду. Іншыя даследчыя групы захоўваюць CO2 у спецыяльных пародах, пераўтвараючы яго ў цвёрды вуглярод, які затым можна перапрацаваць у этанол — спіртавое паліва. Большасць гэтых праектаў маюць невялікі маштаб і пакуль не аказалі істотнага ўплыву на зніжэнне высокага ўзроўню вуглякіслага газу ў паветры.
На гэтым малюнку паказаны дом, які працуе на вуглякіслым газе. Паказаная тут прылада пераўтварае вуглякіслы газ (малекулы ў чырвоных і белых бурбалках) у соль пад назвай фарміят (сінія, чырвоныя, белыя і чорныя бурбалкі). Гэтую соль затым можна выкарыстоўваць у паліўным элементе для выпрацоўкі электрычнасці.
Каземіфар сказаў, што найлепшы варыянт — «спачатку скараціць выкіды парніковых газаў». Адзін са спосабаў зрабіць гэта — замяніць выкапнёвае паліва аднаўляльнымі крыніцамі энергіі, такімі як вецер або сонца. Гэта частка пераходу, які навукоўцы называюць «дэкарбанізацыяй». Але ён дадаў, што спыненне змены клімату запатрабуе шматграннага падыходу. Гэтая новая тэхналогія неабходная для ўлоўлівання вугляроду ў раёнах, якія цяжка дэкарбанізаваць, сказаў ён. Вазьміце, напрыклад, сталеліцейныя і цэментныя заводы.
Каманда Масачусецкага тэхналагічнага інстытута таксама бачыць перавагі ў спалучэнні сваёй новай тэхналогіі з сонечнай і ветравой энергіяй. Традыцыйныя батарэі прызначаны для захоўвання энергіі на працягу тыдняў. Захоўванне летняга сонечнага святла зімой ці даўжэй патрабуе іншага падыходу. «З фарыятным палівам, — сказаў Лі, — вы больш не абмежаваныя нават сезонным захоўваннем. — Гэта можа залежаць ад пакалення да пакалення».
Магчыма, яно не ззяе як золата, але «я магу пакінуць 200 тон… фарыяту сваім сынам і дочкам у спадчыну», — сказаў Лі.
Шчолачны: прыметнік, які апісвае хімічнае рэчыва, якое ўтварае ў растворы гідраксід-іоны (OH-). Гэтыя растворы таксама называюцца шчолачнымі (у адрозненне ад кіслых) і маюць pH вышэй за 7.
Ваданосны пласт: горная парода, здольная ўтрымліваць падземныя рэзервуары вады. Тэрмін таксама ўжываецца да падземных басейнаў.
Базальт: чорная вулканічная парода, якая звычайна вельмі шчыльная (калі вывяржэнне вулкана не пакінула ў ёй вялікіх газавых кішэняў).
сувязь: (у хіміі) напаўпастаянная сувязь паміж атамамі (або групамі атамаў) у малекуле. Яна ўтвараецца сіламі прыцягнення паміж атамамі-ўдзельнікамі. Пасля ўтварэння сувязі атамы функцыянуюць як адзінае цэлае. Каб аддзяліць складовыя атамы, да малекул неабходна падвесці энергію ў выглядзе цяпла або іншага выпраменьвання.
Вуглярод: хімічны элемент, які з'яўляецца фізічнай асновай усяго жыцця на Зямлі. Вуглярод існуе ў вольным стане ў выглядзе графіту і алмаза. Ён з'яўляецца важным кампанентам вугалю, вапняку і нафты і здольны хімічна самаасацыявацца, утвараючы шырокі спектр малекул, якія маюць хімічную, біялагічную і камерцыйную каштоўнасць. (У кліматычных даследаваннях) Тэрмін «вуглярод» часам выкарыстоўваецца амаль як сінонім з вуглякіслым газам для абазначэння патэнцыйнага ўплыву, які дзеянне, прадукт, палітыка або працэс могуць аказаць на доўгатэрміновае пацяпленне атмасферы.
Вуглякіслы газ (або CO2) — гэта бясколерны газ без паху, які выпрацоўваецца ўсімі жывёламі, калі кісларод, якім яны дыхаюць, рэагуе з багатай на вуглярод ежай, якую яны ядуць. Вуглякіслы газ таксама вылучаецца пры спальванні арганічных рэчываў, у тым ліку выкапнёвага паліва, такога як нафта або прыродны газ. Вуглякіслы газ — гэта парніковы газ, які ўтрымлівае цяпло ў атмасферы Зямлі. Расліны пераўтвараюць вуглякіслы газ у кісларод праз фотасінтэз і выкарыстоўваюць гэты працэс для вытворчасці ўласнай ежы.
Цэмент: звязальнае рэчыва, якое выкарыстоўваецца для злучэння двух матэрыялаў, у выніку чаго яны зацвярдзеюць, або густы клей, які выкарыстоўваецца для злучэння двух матэрыялаў. (Будаўніцтва) Дробна здробнены матэрыял, які выкарыстоўваецца для злучэння пяску або друзу разам для ўтварэння бетону. Цэмент звычайна вырабляецца ў выглядзе парашка. Але калі ён намакае, ён ператвараецца ў брудную суспензію, якая цвярдзее пры высыханні.
Хімічнае рэчыва: рэчыва, якое складаецца з двух або больш атамаў, аб'яднаных (звязаных) у пэўнай прапорцыі і структуры. Напрыклад, вада — гэта хімічнае рэчыва, якое складаецца з двух атамаў вадароду, звязаных з адным атамам кіслароду. Яе хімічная формула — H2O. Слова «хімічнае» таксама можа выкарыстоўвацца як прыметнік для апісання ўласцівасцей рэчыва, якія ўзнікаюць у выніку розных рэакцый паміж рознымі злучэннямі.
Хімічная сувязь: сіла прыцягнення паміж атамамі, дастаткова моцная, каб прымусіць звязаныя элементы функцыянаваць як адзінае цэлае. Некаторыя прыцягненні слабыя, іншыя — моцныя. Усе сувязі, здаецца, злучаюць атамы шляхам сумеснага выкарыстання (ці спробы сумеснага выкарыстання) электронаў.
Хімічная рэакцыя: працэс, які ўключае перабудову малекул або структур рэчыва, а не змену яго фізічнай формы (напрыклад, з цвёрдага стану ў газападобнае).
Хімія: галіна навукі, якая вывучае склад, структуру, уласцівасці і ўзаемадзеянне рэчываў. Навукоўцы выкарыстоўваюць гэтыя веды для вывучэння незнаёмых рэчываў, для ўзнаўлення карысных рэчываў у вялікіх колькасцях або для распрацоўкі і стварэння новых карысных рэчываў. (хімічных злучэнняў) Хімія таксама адносіцца да формулы злучэння, спосабу яго атрымання або некаторых яго ўласцівасцей. Людзей, якія працуюць у гэтай галіне, называюць хімікамі. (у сацыяльных навуках) здольнасць людзей супрацоўнічаць, ладзіць і атрымліваць асалоду ад кампаніі адзін аднаго.
Змяненне клімату: значнае, доўгатэрміновае змяненне клімату Зямлі. Гэта можа адбывацца натуральным шляхам або ў выніку дзейнасці чалавека, у тым ліку спальвання выкапнёвага паліва і высечкі лясоў.
Дэкарбанізацыя: азначае мэтанакіраваны пераход ад забруджвальных тэхналогій, дзейнасці і крыніц энергіі, якія выкідваюць у атмасферу парніковыя газы на аснове вугляроду, такія як вуглякіслы газ і метан. Мэта складаецца ў тым, каб скараціць колькасць вуглякіслых газаў, якія спрыяюць змяненню клімату.
Электрычнасць: паток электрычнага зарада, звычайна ўзнікае ў выніку руху адмоўна зараджаных часціц, якія называюцца электронамі.
Электрон: адмоўна зараджаная часціца, якая звычайна круціцца вакол вонкавай вобласці атама; яна таксама з'яўляецца носьбітам электрычнасці ў цвёрдых целах.
Інжынер: той, хто выкарыстоўвае навуку і матэматыку для вырашэння праблем. Дзеяслоўнае слова «інжынер» адносіцца да распрацоўкі прылады, матэрыялу або працэсу для вырашэння праблемы або незадаволенай патрэбы.
Этанол: спірт, які таксама называюць этылавым спіртам, які з'яўляецца асновай для алкагольных напояў, такіх як піва, віно і спіртныя напоі. Ён таксама выкарыстоўваецца ў якасці растваральніка і паліва (напрыклад, часта змешваецца з бензінам).
Фільтр: (н.) Нешта, што прапускае адны матэрыялы і іншыя, у залежнасці ад іх памеру або іншых характарыстык. (г.зн.) Працэс адбору пэўных рэчываў на аснове такіх уласцівасцей, як памер, шчыльнасць, зарад і г.д. (у фізіцы) Экран, пласціна або пласт рэчыва, які паглынае святло або іншае выпраменьванне або выбарачна прадухіляе праходжанне некаторых яго кампанентаў.
Фарміят: агульны тэрмін для соляў або эфіраў мурашынай кіслаты, акісленай формы тоўстай кіслаты. (Эфір — гэта вугляроднае злучэнне, якое ўтвараецца шляхам замяшчэння атамаў вадароду пэўных кіслот пэўнымі тыпамі арганічных груп. Многія тлушчы і эфірныя алеі з'яўляюцца натуральнымі эфірамі тоўстых кіслот.)
Выкапнёвае паліва: любое паліва, такое як вугаль, нафта (сырая нафта) або прыродны газ, якое ўтварылася на працягу мільёнаў гадоў унутры Зямлі з раскладаючыхся рэшткаў бактэрый, раслін або жывёл.
Паліва: любое рэчыва, якое вызваляе энергію ў выніку кантраляванай хімічнай або ядзернай рэакцыі. Выкапнёвае паліва (вугаль, прыродны газ і нафта) — гэта распаўсюджанае паліва, якое вызваляе энергію ў выніку хімічных рэакцый пры награванні (звычайна да кропкі згарання).
Паліўны элемент: прылада, якая пераўтварае хімічную энергію ў электрычную. Найбольш распаўсюджаным палівам з'яўляецца вадарод, адзіным пабочным прадуктам якога з'яўляецца вадзяная пара.
Геалогія: прыметнік, які апісвае ўсё, што звязана з фізічнай структурай Зямлі, яе матэрыяламі, гісторыяй і працэсамі, якія на ёй адбываюцца. Людзі, якія працуюць у гэтай галіне, называюцца геолагамі.
Глабальнае пацяпленне: паступовае павышэнне агульнай тэмпературы зямной атмасферы з-за парніковага эфекту. Эфект выкліканы павелічэннем узроўню вуглякіслага газу, хларфторвугляродаў і іншых газаў у паветры, многія з якіх выкідваюцца ў выніку дзейнасці чалавека.
Вадарод: самы лёгкі элемент у Сусвеце. Як газ, ён бясколерны, без паху і надзвычай лёгкаўзгаральны. Ён з'яўляецца кампанентам многіх відаў паліва, тлушчаў і хімічных рэчываў, якія складаюць жывую тканіну. Ён складаецца з пратона (ядра) і электрона, які круціцца вакол яго.
Інавацыя: (гл. інававаць; прыл. інававаць) Карэкціроўка або ўдасканаленне існуючай ідэі, працэсу або прадукту, каб зрабіць яго навейшым, разумнейшым, больш эфектыўным або больш карысным.
Шчолач: агульная назва раствора гідраксіду натрыю (NaOH). Шчолач часта змешваюць з расліннымі алеямі або жывёльнымі тлушчамі і іншымі інгрэдыентамі для вырабу кавалка мыла.
Матэрыялазнаўца: даследчык, які вывучае сувязь паміж атамнай і малекулярнай структурай матэрыялу і яго агульнымі ўласцівасцямі. Матэрыялазнаўцы могуць распрацоўваць новыя матэрыялы або аналізаваць існуючыя. Аналіз агульных уласцівасцей матэрыялу, такіх як шчыльнасць, трываласць і тэмпература плаўлення, можа дапамагчы інжынерам і іншым даследчыкам выбраць найлепшыя матэрыялы для новых ужыванняў.
Малекула: група электрычна нейтральных атамаў, якая ўяўляе сабой найменшую магчымую колькасць хімічнага злучэння. Малекулы могуць складацца з аднаго тыпу атамаў або з розных тыпаў атамаў. Напрыклад, кісларод у паветры складаецца з двух атамаў кіслароду (O2), а вада — з двух атамаў вадароду і аднаго атама кіслароду (H2O).
Забруджвальнік: рэчыва, якое забруджвае што-небудзь, напрыклад, паветра, ваду, людзей або ежу. Некаторыя забруджвальнікі - гэта хімічныя рэчывы, такія як пестыцыды. Іншымі забруджвальнікамі можа быць радыяцыя, у тым ліку празмернае цяпло або святло. Нават пустазелле і іншыя інвазійныя віды могуць лічыцца формай біяабрастання.
Моцны: прыметнік, які адносіцца да чагосьці вельмі моцнага або магутнага (напрыклад, мікроба, атруты, лекаў або кіслаты).
Аднаўляльны: прыметнік, які адносіцца да рэсурсу, які можна замяняць бясконца (напрыклад, вада, зялёныя расліны, сонечнае святло і вецер). Гэта кантрастуе з неаднаўляльнымі рэсурсамі, запасы якіх абмежаваныя і могуць быць фактычна вычарпаныя. Да неаднаўляльных рэсурсаў адносяцца нафта (і іншыя выкапнёвыя віды паліва) або адносна рэдкія элементы і мінералы.