מפעלי מלט כמו זה המוצג כאן הם מקור עיקרי לפחמן דו-חמצני הגורם לחימום האקלים. אך חלק מהמזהמים הללו ניתנים להמרה לסוג חדש של דלק. ניתן לאחסן מלח זה בבטחה במשך עשרות שנים או יותר.
זהו סיפור נוסף בסדרה הבוחנת טכנולוגיות ופעולות חדשות שיכולות להאט את שינויי האקלים, להפחית את השפעותיהם או לעזור לקהילות להתמודד עם עולם המשתנה במהירות.
פעילויות הפולטות פחמן דו-חמצני (CO2), גז חממה נפוץ, תורמות לחימום האטמוספירה של כדור הארץ. הרעיון של הפקת CO2 מהאוויר ואגירתו אינו חדש. אך קשה לבצע זאת, במיוחד כאשר אנשים יכולים להרשות זאת לעצמם. מערכת חדשה פותרת את בעיית זיהום ה-CO2 בצורה מעט שונה. היא ממירה כימית את הגז המחמם את האקלים לדלק.
ב-15 בנובמבר, חוקרים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) בקיימברידג' פרסמו את תוצאותיהם פורצות הדרך בכתב העת Cell Reports Physical Science.
המערכת החדשה שלהם מחולקת לשני חלקים. החלק הראשון כולל המרת פחמן דו-חמצני מהאוויר למולקולה בשם פורמט לייצור דלק. כמו פחמן דו-חמצני, פורמט מכיל אטום פחמן אחד ושני אטומי חמצן, וכן אטום מימן אחד. פורמט מכיל גם מספר יסודות נוספים. המחקר החדש השתמש במלח פורמט, שמקורו בנתרן או אשלגן.
רוב תאי הדלק פועלים על מימן, גז דליק הדורש צינורות ומיכלי לחץ להובלה. עם זאת, תאי דלק יכולים גם לפעול על פורמט. לפורמט יש תכולת אנרגיה דומה לזו של מימן, לדברי לי ג'ו, מדען חומרים שהוביל את פיתוח המערכת החדשה. לפורמט יש כמה יתרונות על פני מימן, ציין לי ג'ו. הוא בטוח יותר ואינו דורש אחסון בלחץ גבוה.
חוקרים ב-MIT יצרו תא דלק כדי לבדוק את הפורמט, אותו הם מייצרים מפחמן דו-חמצני. ראשית, הם ערבבו את המלח עם מים. לאחר מכן הוזנה התערובת לתא דלק. בתוך תא הדלק, הפורמט שחרר אלקטרונים בתגובה כימית. אלקטרונים אלה זרמו מהאלקטרודה השלילית של תא הדלק לאלקטרודה החיובית, והשלימו מעגל חשמלי. אלקטרונים זורמים אלה - זרם חשמלי - היו נוכחים במשך 200 שעות במהלך הניסוי.
ג'ן ג'אנג, מדען חומרים שעובד עם לי ב-MIT, אופטימי שצוותו יוכל להרחיב את הטכנולוגיה החדשה תוך עשור.
צוות המחקר של MIT השתמש בשיטה כימית כדי להמיר פחמן דו-חמצני למרכיב מפתח לייצור דלק. ראשית, הם חשפו אותו לתמיסה בסיסית מאוד. הם בחרו בנתרן הידרוקסידי (NaOH), הידוע בכינויו סודה לשתייה. זה גורם לתגובה כימית המייצרת נתרן ביקרבונט (NaHCO3), הידוע יותר כסודה לשתייה.
לאחר מכן הם הפעילו את החשמל. הזרם החשמלי עורר תגובה כימית חדשה שפיצלה כל אטום חמצן במולקולת סודה לשתייה, והותירה אחריה נתרן פורמט (NaCHO2). המערכת שלהם המירה כמעט את כל הפחמן ב-CO2 - יותר מ-96 אחוז - למלח הזה.
האנרגיה הדרושה להסרת החמצן מאוחסנת בקשרים הכימיים של הפורמט. פרופסור לי ציין כי פורמט יכול לאגור אנרגיה זו במשך עשרות שנים מבלי לאבד אנרגיה פוטנציאלית. לאחר מכן הוא מייצר חשמל כשהוא עובר דרך תא דלק. אם החשמל המשמש לייצור פורמט מגיע מאנרגיה סולארית, רוח או הידרואלקטרית, החשמל המיוצר על ידי תא הדלק יהיה מקור אנרגיה נקי.
כדי להרחיב את הטכנולוגיה החדשה, אמר לי, "אנחנו צריכים למצוא משאבים גיאולוגיים עשירים של סודה קאוסטית." הוא חקר סוג של סלע הנקרא בזלת אלקלית (AL-kuh-lye buh-SALT). כאשר מערבבים אותם עם מים, סלעים אלה הופכים לסודה קאוסטית.
פרזן קזמיפר הוא מהנדס באוניברסיטת סן חוזה סטייט בקליפורניה. מחקרו מתמקד באחסון פחמן דו-חמצני בתצורות מלח תת-קרקעיות. סילוק פחמן דו-חמצני מהאוויר תמיד היה קשה ולכן יקר, הוא אומר. לכן, רווחי להמיר CO2 למוצרים שמישים כמו פורמט. עלות המוצר יכולה לקזז את עלות הייצור.
נערכו מחקרים רבים על לכידת פחמן דו-חמצני מהאוויר. לדוגמה, צוות מדענים מאוניברסיטת ליהיי תיאר לאחרונה שיטה נוספת לסינון פחמן דו-חמצני מהאוויר והפיכתו לסודה לשתייה. קבוצות מחקר אחרות אוגרות CO2 בסלעים מיוחדים, וממירות אותו לפחמן מוצק שניתן לעבד אותו לאחר מכן לאתנול, דלק אלכוהולי. רוב הפרויקטים הללו הם בקנה מידה קטן ועדיין לא השפיעו באופן משמעותי על הפחתת רמות גבוהות של פחמן דו-חמצני באוויר.
תמונה זו מציגה בית הפועל על פחמן דו-חמצני. המכשיר המוצג כאן ממיר פחמן דו-חמצני (המולקולות בבועות האדומות והלבנות) למלח הנקרא פורמט (הבועות הכחולות, האדומות, הלבנות והשחורות). לאחר מכן ניתן להשתמש במלח זה בתא דלק לייצור חשמל.
קזמיפר אמר שהאפשרות הטובה ביותר שלנו היא "לקצץ תחילה בפליטות גזי חממה". דרך אחת לעשות זאת היא להחליף דלקים מאובנים במקורות אנרגיה מתחדשים כמו רוח או שמש. זהו חלק ממעבר שמדענים מכנים "דה-קרבוניזציה". אך הוא הוסיף כי עצירת שינויי האקלים תדרוש גישה רב-גונית. טכנולוגיה חדשה זו נחוצה כדי ללכוד פחמן באזורים שקשה להפחית פחמן, אמר. קחו מפעלי פלדה ומפעלי מלט, אם למנות שתי דוגמאות.
צוות MIT רואה גם יתרונות בשילוב הטכנולוגיה החדשה שלהם עם אנרגיית שמש ואנרגיית רוח. סוללות מסורתיות נועדו לאגור אנרגיה במשך שבועות בכל פעם. אחסון אור שמש בקיץ אל תוך החורף או יותר דורש גישה שונה. "עם דלק פורמט", אמר לי, כבר לא מוגבלים אפילו לאחסון עונתי. "זה יכול להיות דורי."
זה אולי לא נוצץ כמו זהב, אבל "אני יכול להוריש 200 טון... של פורמט לבני ולבנותיי", אמר לי, "כירושה".
אלקליין: שם תואר המתאר חומר כימי היוצר יוני הידרוקסיד (OH-) בתמיסה. תמיסות אלו נקראות גם אלקליין (בניגוד לחומצי) ובעלות pH גבוה מ-7.
אקוויפר: תצורת סלע המסוגלת להכיל מאגרי מים תת-קרקעיים. המונח חל גם על אגני מים תת-קרקעיים.
בזלת: סלע געשי שחור שבדרך כלל צפוף מאוד (אלא אם כן התפרצות געשית הותירה בו כיסים גדולים של גז).
קשר: (בכימיה) קשר חצי קבוע בין אטומים (או קבוצות של אטומים) במולקולה. הוא נוצר על ידי כוחות משיכה בין האטומים המשתתפים. לאחר יצירת קשרים, האטומים מתפקדים כיחידה אחת. כדי להפריד את האטומים המרכיבים, יש לספק למולקולות אנרגיה בצורת חום או קרינה אחרת.
פחמן: יסוד כימי המהווה את הבסיס הפיזי של כל החיים על פני כדור הארץ. פחמן קיים בחופשיות בצורת גרפיט ויהלום. הוא מרכיב חשוב של פחם, אבן גיר ונפט, והוא מסוגל להתאגד כימית וליצור מגוון רחב של מולקולות בעלות ערך כימי, ביולוגי ומסחרי. (במחקר אקלים) המונח פחמן משמש לעיתים כמעט לסירוגין עם פחמן דו-חמצני כדי להתייחס להשפעה הפוטנציאלית שיכולה להיות לפעולה, מוצר, מדיניות או תהליך על התחממות האטמוספירה לטווח ארוך.
פחמן דו-חמצני: (או CO2) הוא גז חסר צבע וחסר ריח המופק על ידי כל בעלי החיים כאשר החמצן שהם נושמים מגיב עם המזון העשיר בפחמן שהם אוכלים. פחמן דו-חמצני משתחרר גם כאשר חומר אורגני, כולל דלקים מאובנים כמו נפט או גז טבעי, נשרף. פחמן דו-חמצני הוא גז חממה שלוכד חום באטמוספירה של כדור הארץ. צמחים ממירים פחמן דו-חמצני לחמצן באמצעות פוטוסינתזה ומשתמשים בתהליך זה כדי לייצר את מזונם.
מלט: חומר מקשר המשמש להחזקת שני חומרים יחד, מה שגורם להם להתקשות למוצק, או דבק סמיך המשמש להחזקת שני חומרים יחד. (בנייה) חומר טחון דק המשמש לקישור חול או סלע כתוש יחד ליצירת בטון. מלט מיוצר בדרך כלל כאבקה. אך ברגע שהוא נרטב, הוא הופך לתרחיף בוצי שמתקשה כשהוא מתייבש.
כימיקל: חומר המורכב משני אטומים או יותר המחוברים (קשורים) ביחס ובמבנה קבועים. לדוגמה, מים הם חומר כימי המורכב משני אטומי מימן הקשורים לאטום חמצן אחד. הנוסחה הכימית שלו היא H2O. ניתן להשתמש במילה "כימיקל" גם כשם תואר לתיאור תכונות של חומר הנובעות מתגובות שונות בין תרכובות שונות.
קשר כימי: כוח משיכה בין אטומים חזק מספיק כדי לגרום ליסודות הקשורים לתפקד כיחידה. חלק מהקשרים חלשים, אחרים חזקים. נראה שכל הקשרים מחברים אטומים על ידי שיתוף (או ניסיון לחלוק) אלקטרונים.
תגובה כימית: תהליך הכולל סידור מחדש של המולקולות או המבנים של חומר במקום שינוי בצורה הפיזית (למשל, ממוצק לגז).
כימיה: ענף במדע החוקר את ההרכב, המבנה, התכונות והאינטראקציות של חומרים. מדענים משתמשים בידע זה כדי לחקור חומרים לא מוכרים, לשכפל חומרים שימושיים בכמויות גדולות, או לתכנן וליצור חומרים שימושיים חדשים. (של תרכובות כימיות) כימיה מתייחסת גם לנוסחה של תרכובת, לשיטת ההכנה שלה, או לחלק מתכונותיה. אנשים שעובדים בתחום זה נקראים כימאים. (במדעי החברה) היכולת של אנשים לשתף פעולה, להסתדר וליהנות זה מחברתו של זה.
שינויי אקלים: שינוי משמעותי וארוך טווח באקלים של כדור הארץ. זה יכול להתרחש באופן טבעי או כתוצאה מפעילויות אנושיות, כולל שריפת דלקים מאובנים וכריתת יערות.
דה-קרבוניזציה: מתייחס למעבר מכוון מטכנולוגיות, פעילויות ומקורות אנרגיה מזהמים הפולטים גזי חממה מבוססי פחמן, כגון פחמן דו-חמצני ומתאן, לאטמוספרה. המטרה היא להפחית את כמות גזי הפחמן התורמים לשינויי האקלים.
חשמל: זרימת מטען חשמלי, בדרך כלל כתוצאה מתנועת חלקיקים טעונים שליליים הנקראים אלקטרונים.
אלקטרון: חלקיק בעל מטען שלילי שבדרך כלל מקיף את האזור החיצוני של אטום; הוא גם נושא חשמל במוצקים.
מהנדס: מישהו המשתמש במדע ובמתמטיקה כדי לפתור בעיות. כאשר משתמשים במילה מהנדס כפועל, היא מתייחסת לתכנון מכשיר, חומר או תהליך כדי לפתור בעיה או צורך לא מסופק.
אתנול: אלכוהול, המכונה גם אתיל אלכוהול, שהוא הבסיס למשקאות אלכוהוליים כגון בירה, יין ומשקאות חריפים. הוא משמש גם כממס ודלק (לדוגמה, לעתים קרובות מעורבב עם בנזין).
מסנן: (n.) משהו המאפשר לחומרים מסוימים לעבור ולאחרים, בהתאם לגודלם או למאפיינים אחרים. (v.) תהליך בחירת חומרים מסוימים על סמך תכונות כמו גודל, צפיפות, מטען וכו'. (בפיזיקה) מסך, לוח או שכבה של חומר שבולע אור או קרינה אחרת או מונע באופן סלקטיבי מחלק ממרכיביו לעבור.
פורמט: מונח כללי למלחים או אסטרים של חומצה פורמית, צורה מחומצנת של חומצת שומן. (אסטר הוא תרכובת מבוססת פחמן שנוצרת על ידי החלפת אטומי המימן של חומצות מסוימות בסוגים מסוימים של קבוצות אורגניות. שומנים ושמנים אתריים רבים הם אסטרים טבעיים של חומצות שומן.)
דלק מאובנים: כל דלק, כגון פחם, נפט (נפט גולמי) או גז טבעי, שנוצר במשך מיליוני שנים בתוך כדור הארץ משרידים מתפוררים של חיידקים, צמחים או בעלי חיים.
דלק: כל חומר המשחרר אנרגיה באמצעות תגובה כימית או גרעינית מבוקרת. דלקים מאובנים (פחם, גז טבעי ונפט) הם דלקים נפוצים המשחררים אנרגיה באמצעות תגובות כימיות כאשר הם מחוממים (בדרך כלל עד לנקודת בעירה).
תא דלק: מכשיר הממיר אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית. הדלק הנפוץ ביותר הוא מימן, שתוצר הלוואי היחיד שלו הוא אדי מים.
גיאולוגיה: שם תואר המתאר כל דבר הקשור למבנה הפיזי של כדור הארץ, לחומריו, להיסטוריה ולתהליכים המתרחשים בו. אנשים שעובדים בתחום זה נקראים גיאולוגים.
התחממות כדור הארץ: עלייה הדרגתית בטמפרטורה הכוללת של האטמוספירה של כדור הארץ עקב אפקט החממה. ההשפעה נגרמת על ידי עלייה ברמות הפחמן הדו-חמצני, כלורופלואורופחמנים וגזים אחרים באוויר, שרבים מהם נפלטים מפעילות אנושית.
מימן: היסוד הקל ביותר ביקום. כגז, הוא חסר צבע, חסר ריח ודליק ביותר. הוא מרכיב של דלקים רבים, שומנים וכימיקלים המרכיבים רקמות חיות. הוא מורכב מפרוטון (הגרעין) ואלקטרון המקיפים אותו.
חדשנות: (לחדש; שם תואר לחדש) התאמה או שיפור של רעיון, תהליך או מוצר קיים כדי להפוך אותם לחדשים, חכמים, יעילים או שימושיים יותר.
סודה קאוסטית: השם הכללי לתמיסת נתרן הידרוקסיד (NaOH). סודה קאוסטית מעורבבת לעתים קרובות עם שמנים צמחיים או שומנים מן החי ומרכיבים אחרים כדי להכין סבון.
מדען חומרים: חוקר החוקר את הקשר בין המבנה האטומי והמולקולרי של חומר לבין תכונותיו הכוללות. מדעני חומרים עשויים לפתח חומרים חדשים או לנתח חומרים קיימים. ניתוח התכונות הכוללות של חומר, כגון צפיפות, חוזק ונקודת התכה, יכול לעזור למהנדסים ולחוקרים אחרים לבחור את החומרים הטובים ביותר עבור יישומים חדשים.
מולקולה: קבוצה של אטומים ניטרליים חשמלית המייצגת את הכמות הקטנה ביותר האפשרית של תרכובת כימית. מולקולות יכולות להיות מורכבות מסוג אחד של אטום או מסוגים שונים של אטומים. לדוגמה, החמצן באוויר מורכב משני אטומי חמצן (O2), ומים מורכבים משני אטומי מימן ואטום חמצן אחד (H2O).
מזהם: חומר המזהם משהו, כגון אוויר, מים, אנשים או מזון. חלק מהמזהמים הם כימיקלים, כגון חומרי הדברה. מזהמים אחרים יכולים להיות קרינה, כולל חום או אור מוגזמים. אפילו עשבים שוטים ומינים פולשים אחרים יכולים להיחשב כצורה של זיהום ביולוגי.
עוצמתי: שם תואר המתייחס למשהו חזק או רב עוצמה (כגון חיידק, רעל, תרופה או חומצה).
מתחדש: שם תואר המתייחס למשאב שניתן להחליף ללא הגבלת זמן (כגון מים, צמחים ירוקים, אור שמש ורוח). ניגוד זה למשאבים שאינם מתחדשים, אשר היצעם מוגבל וניתן למעשה להתרוקן מהם. משאבים שאינם מתחדשים כוללים נפט (ודלקים מאובנים אחרים) או יסודות ומינרלים נדירים יחסית.