Мұнда көрсетілгендей цемент зауыттары климатты жылытатын көмірқышқыл газының негізгі көзі болып табылады. Бірақ бұл ластаушы заттардың кейбірін жаңа отын түріне айналдыруға болады. Бұл тұзды ондаған жылдар немесе одан да ұзақ уақыт бойы қауіпсіз сақтауға болады.
Бұл климаттың өзгеруін баяулататын, оның әсерін азайтатын немесе қауымдастықтарға тез өзгеріп жатқан әлеммен күресуге көмектесетін жаңа технологиялар мен әрекеттерді қарастыратын сериядағы тағы бір оқиға.
Көмірқышқыл газын (CO2), кең таралған парниктік газды, бөлетін әрекеттер Жер атмосферасының жылынуына ықпал етеді. Ауадан CO2 алу және оны сақтау идеясы жаңалық емес. Бірақ мұны істеу қиын, әсіресе адамдар оны сатып ала алса. Жаңа жүйе CO2 ластану мәселесін сәл басқаша шешеді. Ол климатты жылытатын газды химиялық жолмен отынға айналдырады.
15 қарашада Кембридждегі Массачусетс технологиялық институтының (MIT) зерттеушілері өздерінің жаңашыл нәтижелерін Cell Reports Physical Science журналында жариялады.
Олардың жаңа жүйесі екі бөлікке бөлінген. Бірінші бөлік ауадағы көмірқышқыл газын отын өндіру үшін форма деп аталатын молекулаға айналдыруды қамтиды. Көмірқышқыл газы сияқты, формада бір көміртек атомы және екі оттегі атомы, сондай-ақ бір сутегі атомы бар. Форматта сонымен қатар басқа да бірнеше элементтер бар. Жаңа зерттеуде натрий немесе калийден алынған форма тұзы қолданылды.
Көптеген отын элементтері сутегімен жұмыс істейді, бұл тасымалдау үшін құбырлар мен қысымды цистерналар қажет болатын жанғыш газ. Дегенмен, отын элементтері форматта да жұмыс істей алады. Жаңа жүйенің дамуын басқарған материалтанушы ғалым Ли Дзюдің айтуынша, форматтың энергия мөлшері сутегімен салыстыруға болады. Ли Дзюдің айтуынша, форматтың сутегіге қарағанда кейбір артықшылықтары бар. Ол қауіпсіз және жоғары қысымды сақтауды қажет етпейді.
MIT зерттеушілері көмірқышқыл газынан өндіретін форматты сынау үшін отын ұяшығын жасады. Алдымен олар тұзды сумен араластырды. Содан кейін қоспа отын ұяшығына берілді. Отын ұяшығының ішінде формат химиялық реакцияда электрондарды шығарды. Бұл электрондар отын ұяшығының теріс электродынан оң электродқа өтіп, электр тізбегін аяқтады. Бұл ағып жатқан электрондар - электр тогы - тәжірибе кезінде 200 сағат бойы болды.
MIT-те Лимен бірге жұмыс істейтін материалтанушы Чжэн Чжан өз командасының жаңа технологияны он жыл ішінде кеңінен қолдана алатынына сенімді.
MIT зерттеу тобы көмірқышқыл газын отын өндірудің негізгі ингредиентіне айналдыру үшін химиялық әдісті қолданды. Алдымен олар оны жоғары сілтілі ерітіндіге ұшыратты. Олар натрий гидроксидін (NaOH), әдетте сілті деп аталатын, таңдады. Бұл ас содасы деп аталатын натрий гидрокарбонатын (NaHCO3) түзетін химиялық реакцияны тудырады.
Содан кейін олар қуатты қосты. Электр тогы ас содасы молекуласындағы әрбір оттегі атомын бөлетін жаңа химиялық реакцияны тудырды, нәтижесінде натрий форматы (NaCHO2) қалды. Олардың жүйесі CO2 құрамындағы көміртектің барлығын дерлік – 96 пайыздан астамын – осы тұзға айналдырды.
Оттегіні кетіру үшін қажетті энергия формның химиялық байланыстарында сақталады. Профессор Ли форм бұл энергияны ондаған жылдар бойы потенциалды энергияны жоғалтпай сақтай алатынын атап өтті. Содан кейін ол отын элементінен өткен кезде электр энергиясын өндіреді. Егер форм өндіру үшін пайдаланылатын электр энергиясы күн, жел немесе су энергиясынан алынса, отын элементі өндіретін электр энергиясы таза энергия көзі болады.
Жаңа технологияны кеңейту үшін Ли: «Біз сілтілердің бай геологиялық ресурстарын табуымыз керек», - деді. Ол сілтілік базальт (AL-kuh-lye buh-SALT) деп аталатын тау жынысының түрін зерттеді. Сумен араласқанда, бұл жыныстар сілтіге айналады.
Фарзан Каземифар - Калифорниядағы Сан-Хосе мемлекеттік университетінің инженері. Оның зерттеуі жер асты тұзды түзілімдерінде көмірқышқыл газын сақтауға бағытталған. Ауадан көмірқышқыл газын шығару әрқашан қиын және сондықтан қымбат болды, дейді ол. Сондықтан CO2-ні формат сияқты пайдалануға жарамды өнімдерге айналдыру тиімді. Өнімнің құны өндіріс құнын өтей алады.
Ауадағы көмірқышқыл газын ұстап қалу бойынша көптеген зерттеулер жүргізілді. Мысалы, Лихай университетінің ғалымдар тобы жақында ауадағы көмірқышқыл газын сүзіп, оны ас содасына айналдырудың тағы бір әдісін сипаттады. Басқа зерттеу топтары CO2-ні арнайы жыныстарда сақтап, оны қатты көміртекке айналдырып, содан кейін этанол, спирт отынына айналдыруға болады. Бұл жобалардың көпшілігі шағын көлемде және ауадағы көмірқышқыл газының жоғары деңгейін төмендетуге әлі айтарлықтай әсер еткен жоқ.
Бұл суретте көмірқышқыл газымен жұмыс істейтін үй көрсетілген. Мұнда көрсетілген құрылғы көмірқышқыл газын (қызыл және ақ көпіршіктердегі молекулаларды) формат деп аталатын тұзға (көк, қызыл, ақ және қара көпіршіктер) айналдырады. Содан кейін бұл тұзды отын элементінде электр энергиясын өндіру үшін пайдалануға болады.
Каземифар біздің ең жақсы нұсқамыз «алдымен парниктік газдар шығарындыларын азайту» екенін айтты. Мұны істеудің бір жолы - қазба отындарын жел немесе күн сияқты жаңартылатын энергия көздерімен алмастыру. Бұл ғалымдардың «декарбонизация» деп атайтын өтпелі кезеңінің бір бөлігі. Бірақ ол климаттың өзгеруін тоқтату үшін көп қырлы тәсіл қажет екенін қосты. Бұл жаңа технология декарбонизациялау қиын аудандардағы көміртекті ұстап тұру үшін қажет, деді ол. Екі мысал ретінде болат зауыттары мен цемент зауыттарын алайық.
MIT командасы жаңа технологияларын күн және жел энергиясымен біріктірудің пайдасын көріп отыр. Дәстүрлі батареялар энергияны бірнеше апта бойы сақтауға арналған. Жазғы күн сәулесін қыста немесе одан да ұзақ уақыт сақтау басқаша тәсілді қажет етеді. «Формативті отынмен», - деді Ли, енді маусымдық сақтаумен шектелмейсіз. «Бұл ұрпақтан-ұрпаққа жалғасуы мүмкін».
Ол алтын сияқты жарқырамауы мүмкін, бірақ «Мен ұлдарым мен қыздарыма 200 тонна... материалды мұра ретінде қалдыра аламын», - деді Ли.
Сілтілік: ерітіндіде гидроксид иондарын (OH-) түзетін химиялық затты сипаттайтын сын есім. Бұл ерітінділер қышқылдық емес, сілтілік деп те аталады және рН 7-ден жоғары.
Су қабаты: Жер асты су қоймаларын ұстап тұруға қабілетті тау жыныстары. Бұл термин жер асты бассейндеріне де қатысты.
Базальт: Әдетте өте тығыз болатын қара жанартау жынысы (егер жанартау атқылауы кезінде үлкен газ қалталары қалмаса).
байланыс: (химияда) молекуладағы атомдар (немесе атомдар тобы) арасындағы жартылай тұрақты байланыс. Ол қатысушы атомдар арасындағы тартымды күштер арқылы түзіледі. Байланыстар пайда болғаннан кейін атомдар бірлік ретінде қызмет етеді. Құрамдас атомдарды бөлу үшін молекулаларға жылу немесе басқа сәулелену түрінде энергия берілуі керек.
Көміртек: Жер бетіндегі барлық тіршіліктің физикалық негізі болып табылатын химиялық элемент. Көміртек графит және алмас түрінде еркін өмір сүреді. Ол көмірдің, әктастың және мұнайдың маңызды құрамдас бөлігі болып табылады және химиялық, биологиялық және коммерциялық құндылығы бар әртүрлі молекулаларды түзу үшін химиялық тұрғыдан өзін-өзі байланыстыра алады. (Климаттық зерттеулерде) Көміртек термині кейде атмосфераның ұзақ мерзімді жылынуына әсер етуі мүмкін әрекеттің, өнімнің, саясаттың немесе процестің ықтимал әсерін білдіру үшін көмірқышқыл газымен бір-бірінің орнына қолданылады.
Көмірқышқыл газы: (немесе CO2) - барлық жануарлар тыныс алатын оттегі жейтін көміртегіге бай тағаммен әрекеттескенде бөлінетін түссіз, иіссіз газ. Көмірқышқыл газы сонымен қатар мұнай немесе табиғи газ сияқты қазба отындарын қоса алғанда, органикалық заттар жанған кезде де бөлінеді. Көмірқышқыл газы - Жер атмосферасында жылуды ұстайтын парниктік газ. Өсімдіктер фотосинтез арқылы көмірқышқыл газын оттегіге айналдырады және бұл процесті өздерінің тағамдарын жасау үшін пайдаланады.
Цемент: Екі материалды бір-біріне ұстап, қатты затқа айналдыру үшін қолданылатын байланыстырушы зат немесе екі материалды бір-біріне ұстап тұру үшін қолданылатын қалың желім. (Құрылыс) Құмды немесе ұсақталған тасты біріктіріп, бетон жасау үшін қолданылатын ұсақ ұнтақталған материал. Цемент әдетте ұнтақ түрінде жасалады. Бірақ ол суланған кезде кеуіп, қатып қалатын лайлы қоспаға айналады.
Химиялық: Белгілі бір пропорцияда және құрылымда біріктірілген (байланысқан) екі немесе одан да көп атомдардан тұратын зат. Мысалы, су - бір оттегі атомымен байланысқан екі сутегі атомынан тұратын химиялық зат. Оның химиялық формуласы H2O. «Химиялық» сөзін әртүрлі қосылыстар арасындағы әртүрлі реакциялар нәтижесінде пайда болатын заттың қасиеттерін сипаттау үшін сын есім ретінде де қолдануға болады.
Химиялық байланыс: Байланысқан элементтердің бірлік ретінде жұмыс істеуіне себеп болатындай күшті атомдар арасындағы тартылыс күші. Кейбір тартылыс күштері әлсіз, ал басқалары күшті. Барлық байланыстар атомдарды электрондарды ортақ пайдалану (немесе ортақ пайдалануға тырысу) арқылы байланыстыратын сияқты.
Химиялық реакция: Физикалық түрінің өзгеруіне емес (мысалы, қатты күйден газ күйіне), заттың молекулаларының немесе құрылымдарының қайта құрылуын қамтитын процесс.
Химия: заттардың құрамын, құрылымын, қасиеттерін және өзара әрекеттесуін зерттейтін ғылым саласы. Ғалымдар бұл білімді таныс емес заттарды зерттеу, пайдалы заттарды көп мөлшерде көбейту немесе жаңа пайдалы заттарды жобалау және жасау үшін пайдаланады. (химиялық қосылыстар туралы) Химия сонымен қатар қосылыстың формуласын, оны дайындау әдісін немесе оның кейбір қасиеттерін білдіреді. Бұл салада жұмыс істейтін адамдарды химиктер деп атайды. (қоғамдық ғылымдарда) адамдардың бірлесіп жұмыс істеу, тіл табысу және бір-бірінің серіктестігінен ләззат алу қабілеті.
Климаттың өзгеруі: Жер климатындағы елеулі, ұзақ мерзімді өзгеріс. Бұл табиғи түрде немесе қазба отынын жағу және ормандарды кесу сияқты адам қызметінің нәтижесінде болуы мүмкін.
Декарбонизация: атмосфераға көмірқышқыл газы мен метан сияқты көміртегі негізіндегі парниктік газдарды шығаратын ластаушы технологиялардан, әрекеттерден және энергия көздерінен әдейі бас тартуды білдіреді. Мақсат - климаттың өзгеруіне ықпал ететін көміртегі газдарының мөлшерін азайту.
Электр тогы: Әдетте электрондар деп аталатын теріс зарядталған бөлшектердің қозғалысынан пайда болатын электр зарядының ағыны.
Электрон: әдетте атомның сыртқы аймағын айнала қозғалатын теріс зарядталған бөлшек; ол сонымен қатар қатты денелердегі электр тогын тасымалдаушы болып табылады.
Инженер: Есептерді шешу үшін ғылым мен математиканы қолданатын адам. Етістік ретінде қолданылған кезде, инженер сөзі мәселені немесе қанағаттандырылмаған қажеттілікті шешу үшін құрылғыны, материалды немесе процесті жобалауды білдіреді.
Этанол: Сыра, шарап және спирт сияқты алкогольді сусындардың негізі болып табылатын этил спирті деп те аталатын спирт. Ол сондай-ақ еріткіш және отын ретінде қолданылады (мысалы, көбінесе бензинмен араластырылады).
Сүзгі: (n.) Кейбір материалдардың өтуіне, ал басқаларының өтуіне мүмкіндік беретін нәрсе, олардың өлшеміне немесе басқа сипаттамаларына байланысты. (v.) Өлшемі, тығыздығы, заряды және т.б. сияқты қасиеттеріне негізделген белгілі бір заттарды таңдау процесі (физикада) Жарықты немесе басқа сәулеленуді сіңіретін немесе оның кейбір компоненттерінің өтуіне селективті түрде кедергі келтіретін заттың экраны, пластинасы немесе қабаты.
Формат: Май қышқылының тотыққан түрі, құмырсқа қышқылының тұздары немесе эфирлері үшін жалпы термин. (Эфир - белгілі бір қышқылдардың сутегі атомдарын белгілі бір органикалық топтардың түрлерімен алмастыру арқылы түзілген көміртекті қосылыс. Көптеген майлар мен эфир майлары май қышқылдарының табиғи эфирлері болып табылады.)
Қазба отыны: Жердің ішінде миллиондаған жылдар бойы бактериялардың, өсімдіктердің немесе жануарлардың ыдырау қалдықтарынан пайда болған көмір, мұнай (шикі мұнай) немесе табиғи газ сияқты кез келген отын.
Отын: Бақыланатын химиялық немесе ядролық реакция арқылы энергия бөлетін кез келген зат. Қазба отындары (көмір, табиғи газ және мұнай) - қыздырылған кезде (әдетте жану нүктесіне дейін) химиялық реакциялар арқылы энергия бөлетін кең таралған отын.
Отын элементі: Химиялық энергияны электр энергиясына айналдыратын құрылғы. Ең көп таралған отын - сутегі, оның жалғыз қосымша өнімі - су буы.
Геология: Жердің физикалық құрылымына, материалдарына, тарихына және онда болып жатқан процестерге қатысты барлық нәрсені сипаттайтын сын есім. Бұл салада жұмыс істейтін адамдарды геологтар деп атайды.
Ғаламдық жылыну: Парниктік әсерге байланысты Жер атмосферасының жалпы температурасының біртіндеп жоғарылауы. Бұл әсер ауадағы көмірқышқыл газының, хлорфторкөмірсутектердің және басқа да газдардың деңгейінің артуынан туындайды, олардың көпшілігі адам қызметінің әсерінен шығарылады.
Сутегі: Әлемдегі ең жеңіл элемент. Газ ретінде ол түссіз, иіссіз және өте тез тұтанады. Ол көптеген отындардың, майлардың және тірі тіндерді құрайтын химиялық заттардың құрамдас бөлігі болып табылады. Ол протоннан (ядродан) және оны айналып жүретін электроннан тұрады.
Инновация: (v. жаңалық енгізу; sc. жаңалық енгізу) Бар идеяны, процесті немесе өнімді жаңа, ақылды, тиімдірек немесе пайдалырақ ету үшін оны түзету немесе жетілдіру.
Сілті: Натрий гидроксиді (NaOH) ерітіндісінің жалпы атауы. Сілті көбінесе өсімдік майларымен немесе жануар майларымен және басқа ингредиенттермен араластырылып, сабын жасалады.
Материалтанушы: Материалдың атомдық және молекулалық құрылымы мен оның жалпы қасиеттері арасындағы байланысты зерттейтін зерттеуші. Материалтанушылар жаңа материалдарды әзірлеуі немесе бар материалдарды талдауы мүмкін. Материалдың тығыздығы, беріктігі және балқу температурасы сияқты жалпы қасиеттерін талдау инженерлер мен басқа зерттеушілерге жаңа қолданбалар үшін ең жақсы материалдарды таңдауға көмектеседі.
Молекула: Химиялық қосылыстың ең аз мөлшерін білдіретін электрлік бейтарап атомдар тобы. Молекулалар бір типті атомнан немесе әртүрлі атомдардан тұруы мүмкін. Мысалы, ауадағы оттегі екі оттегі атомынан (O2), ал су екі сутегі атомынан және бір оттегі атомынан (H2O) тұрады.
Ластаушы: Ауа, су, адамдар немесе тамақ сияқты заттарды ластайтын зат. Кейбір ластаушылар пестицидтер сияқты химиялық заттар болып табылады. Басқа ластаушы заттар радиация, соның ішінде шамадан тыс жылу немесе жарық болуы мүмкін. Тіпті арамшөптер мен басқа да инвазивті түрлерді биологиялық ластанудың бір түрі деп санауға болады.
Күшті: Өте күшті немесе күшті нәрсені (мысалы, микроб, у, дәрі немесе қышқыл) білдіретін сын есім.
Жаңартылатын: шексіз уақытқа ауыстырылатын ресурсқа (мысалы, су, жасыл өсімдіктер, күн сәулесі және жел) қатысты сын есім. Бұл шектеулі қоры бар және тиімді түрде таусылуы мүмкін жаңартылмайтын ресурстармен салыстырылады. Жаңартылмайтын ресурстарға мұнай (және басқа да қазба отындары) немесе салыстырмалы түрде сирек кездесетін элементтер мен минералдар жатады.