Les fàbriques de ciment com la que es mostra aquí són una font important de diòxid de carboni que escalfa el clima. Però alguns d'aquests contaminants es poden convertir en un nou tipus de combustible. Aquesta sal es pot emmagatzemar de manera segura durant dècades o més.
Aquesta és una altra història d'una sèrie que analitza les noves tecnologies i accions que poden frenar el canvi climàtic, reduir-ne els impactes o ajudar les comunitats a afrontar un món que canvia ràpidament.
Les activitats que alliberen diòxid de carboni (CO2), un gas d'efecte hivernacle comú, contribueixen a l'escalfament de l'atmosfera terrestre. La idea d'extreure CO2 de l'aire i emmagatzemar-lo no és nova. Però és difícil de fer, sobretot quan la gent s'ho pot permetre. Un nou sistema resol el problema de la contaminació per CO2 d'una manera lleugerament diferent. Converteix químicament el gas que escalfa el clima en combustible.
El 15 de novembre, investigadors del Massachusetts Institute of Technology (MIT) de Cambridge van publicar els seus resultats innovadors a la revista Cell Reports Physical Science.
El seu nou sistema es divideix en dues parts. La primera part consisteix a convertir el diòxid de carboni de l'aire en una molècula anomenada formiat per produir combustible. Com el diòxid de carboni, el formiat conté un àtom de carboni i dos àtoms d'oxigen, així com un àtom d'hidrogen. El formiat també conté diversos altres elements. El nou estudi va utilitzar una sal de formiat, que es deriva del sodi o del potassi.
La majoria de piles de combustible funcionen amb hidrogen, un gas inflamable que requereix canonades i dipòsits pressuritzats per al seu transport. Tanmateix, les piles de combustible també poden funcionar amb formiat. El formiat té un contingut energètic comparable a l'hidrogen, segons Li Ju, un científic de materials que va liderar el desenvolupament del nou sistema. El formiat té alguns avantatges respecte a l'hidrogen, va assenyalar Li Ju. És més segur i no requereix emmagatzematge a alta pressió.
Investigadors del MIT van crear una pila de combustible per provar el formiat, que produeixen a partir de diòxid de carboni. Primer, van barrejar la sal amb aigua. La barreja es va introduir en una pila de combustible. Dins de la pila de combustible, el formiat alliberava electrons en una reacció química. Aquests electrons fluïen des de l'elèctrode negatiu de la pila de combustible fins a l'elèctrode positiu, completant un circuit elèctric. Aquests electrons que fluïen (un corrent elèctric) van estar presents durant 200 hores durant l'experiment.
Zhen Zhang, un científic de materials que treballa amb Li al MIT, és optimista que el seu equip podrà escalar la nova tecnologia en una dècada.
L'equip de recerca del MIT va utilitzar un mètode químic per convertir el diòxid de carboni en un ingredient clau per a la producció de combustible. Primer, el van exposar a una solució altament alcalina. Van triar hidròxid de sodi (NaOH), conegut comunament com a lleixiu. Això desencadena una reacció química que produeix bicarbonat de sodi (NaHCO3), més conegut com a bicarbonat de sodi.
Aleshores van engegar l'aparell. El corrent elèctric va desencadenar una nova reacció química que va dividir tots els àtoms d'oxigen de la molècula de bicarbonat de sodi, deixant enrere formiat de sodi (NaCHO2). El seu sistema va convertir gairebé tot el carboni del CO2 (més del 96%) en aquesta sal.
L'energia necessària per eliminar l'oxigen s'emmagatzema en els enllaços químics del formiat. El professor Li va assenyalar que el formiat pot emmagatzemar aquesta energia durant dècades sense perdre energia potencial. Aleshores, genera electricitat quan passa a través d'una pila de combustible. Si l'electricitat utilitzada per produir formiat prové de l'energia solar, eòlica o hidroelèctrica, l'electricitat generada per la pila de combustible serà una font d'energia neta.
Per ampliar la nova tecnologia, Lee va dir que «necessitem trobar recursos geològics rics en lleixiu». Va estudiar un tipus de roca anomenada basalt alcalí (AL-kuh-lye buh-SALT). Quan es barregen amb aigua, aquestes roques es converteixen en lleixiu.
Farzan Kazemifar és enginyer a la Universitat Estatal de San Jose, a Califòrnia. La seva recerca se centra en l'emmagatzematge de diòxid de carboni en formacions salines subterrànies. L'eliminació del diòxid de carboni de l'aire sempre ha estat difícil i, per tant, car, diu. Per tant, és rendible convertir el CO2 en productes utilitzables com el formiat. El cost del producte pot compensar el cost de producció.
S'han fet moltes investigacions sobre la captura de diòxid de carboni de l'aire. Per exemple, un equip de científics de la Universitat de Lehigh ha descrit recentment un altre mètode per filtrar el diòxid de carboni de l'aire i convertir-lo en bicarbonat de sodi. Altres grups de recerca estan emmagatzemant CO2 en roques especials, convertint-lo en carboni sòlid que després es pot processar en etanol, un combustible alcohòlic. La majoria d'aquests projectes són a petita escala i encara no han tingut un impacte significatiu en la reducció dels alts nivells de diòxid de carboni a l'aire.
Aquesta imatge mostra una casa que funciona amb diòxid de carboni. El dispositiu que es mostra aquí converteix el diòxid de carboni (les molècules de les bombolles vermelles i blanques) en una sal anomenada formiat (les bombolles blava, vermella, blanca i negra). Aquesta sal es pot utilitzar en una pila de combustible per generar electricitat.
Kazemifar va dir que la nostra millor opció és "reduir primer les emissions de gasos d'efecte hivernacle". Una manera de fer-ho és substituir els combustibles fòssils per fonts d'energia renovables com l'eòlica o la solar. Això forma part d'una transició que els científics anomenen "descarbonització". Però va afegir que aturar el canvi climàtic requerirà un enfocament multifacètic. Aquesta nova tecnologia és necessària per capturar carboni en zones que són difícils de descarbonitzar, va dir. Prenguem les fàbriques d'acer i les fàbriques de ciment, per anomenar-ne dos exemples.
L'equip del MIT també veu beneficis en la combinació de la seva nova tecnologia amb l'energia solar i eòlica. Les bateries tradicionals estan dissenyades per emmagatzemar energia durant setmanes. Emmagatzemar la llum solar de l'estiu a l'hivern o més temps requereix un enfocament diferent. "Amb el combustible formiat", va dir Lee, ja no esteu limitats ni tan sols a l'emmagatzematge estacional. "Podria ser generacional".
Potser no brillarà com l'or, però «puc deixar 200 tones... de formiat als meus fills i filles», va dir Lee, «com a herència».
Alcalí: Adjectiu que descriu una substància química que forma ions hidròxid (OH-) en solució. Aquestes solucions també s'anomenen alcalines (a diferència d'àcides) i tenen un pH superior a 7.
Aqüífer: Formació rocosa capaç de contenir reserves subterrànies d'aigua. El terme també s'aplica a les conques subterrànies.
Basalt: Roca volcànica negra que sol ser molt densa (tret que una erupció volcànica hi hagi deixat grans bosses de gas).
enllaç: (en química) una connexió semipermanent entre àtoms (o grups d'àtoms) d'una molècula. Es forma per forces atractives entre els àtoms participants. Un cop formats els enllaços, els àtoms funcionen com una unitat. Per separar els àtoms constituents, cal subministrar energia en forma de calor o altres radiacions a les molècules.
Carboni: Un element químic que és la base física de tota la vida a la Terra. El carboni existeix lliurement en forma de grafit i diamant. És un component important del carbó, la pedra calcària i el petroli, i és capaç d'autoassociar-se químicament per formar una àmplia varietat de molècules de valor químic, biològic i comercial. (En la investigació climàtica) El terme carboni s'utilitza de vegades gairebé indistintament amb diòxid de carboni per referir-se a l'impacte potencial que una acció, producte, política o procés pot tenir sobre l'escalfament a llarg termini de l'atmosfera.
Diòxid de carboni: (o CO2) és un gas incolor i inodor produït per tots els animals quan l'oxigen que respiren reacciona amb els aliments rics en carboni que mengen. El diòxid de carboni també s'allibera quan es crema matèria orgànica, inclosos els combustibles fòssils com el petroli o el gas natural. El diòxid de carboni és un gas d'efecte hivernacle que atrapa la calor a l'atmosfera terrestre. Les plantes converteixen el diòxid de carboni en oxigen mitjançant la fotosíntesi i utilitzen aquest procés per fabricar el seu propi aliment.
Ciment: Un aglutinant que s'utilitza per mantenir dos materials units, fent que s'endureixin fins a convertir-se en un sòlid, o una cola espessa que s'utilitza per mantenir dos materials units. (Construcció) Un material finament mòlt que s'utilitza per unir sorra o roca triturada per formar formigó. El ciment se sol fabricar en pols. Però un cop s'humita, es converteix en una pasta fangosa que s'endureix quan s'asseca.
Químic: Una substància formada per dos o més àtoms combinats (enllaçats) en una proporció i estructura fixes. Per exemple, l'aigua és una substància química formada per dos àtoms d'hidrogen enllaçats a un àtom d'oxigen. La seva fórmula química és H2O. «Químic» també es pot utilitzar com a adjectiu per descriure les propietats d'una substància que resulten de diverses reaccions entre diferents compostos.
Enllaç químic: Una força d'atracció entre àtoms que és prou forta per fer que els elements enllaçats funcionin com una unitat. Algunes atraccions són febles, d'altres són fortes. Tots els enllaços semblen connectar els àtoms compartint (o intentant compartir) electrons.
Reacció química: Un procés que implica una reorganització de les molècules o estructures d'una substància en lloc d'un canvi en la seva forma física (per exemple, de sòlid a gas).
Química: la branca de la ciència que estudia la composició, l'estructura, les propietats i les interaccions de les substàncies. Els científics utilitzen aquest coneixement per estudiar substàncies desconegudes, reproduir substàncies útils en grans quantitats o dissenyar i crear noves substàncies útils. (de compostos químics) La química també fa referència a la fórmula d'un compost, el mètode pel qual es prepara o algunes de les seves propietats. Les persones que treballen en aquest camp s'anomenen químics. (en les ciències socials) la capacitat de les persones per cooperar, entendre's i gaudir de la companyia dels altres.
Canvi climàtic: Un canvi significatiu i a llarg termini en el clima de la Terra. Això pot ocórrer de manera natural o com a resultat d'activitats humanes, com ara la crema de combustibles fòssils i la tala de boscos.
Descarbonització: es refereix a la transició intencionada de les tecnologies, activitats i fonts d'energia contaminants que emeten gasos d'efecte hivernacle basats en el carboni, com ara el diòxid de carboni i el metà, a l'atmosfera. L'objectiu és reduir la quantitat de gasos de carboni que contribueixen al canvi climàtic.
Electricitat: El flux de càrrega elèctrica, generalment resultant del moviment de partícules carregades negativament anomenades electrons.
Electró: partícula carregada negativament que normalment orbita al voltant de la regió externa d'un àtom; també és el portador d'electricitat en els sòlids.
Enginyer: Algú que utilitza la ciència i les matemàtiques per resoldre problemes. Quan s'utilitza com a verb, la paraula enginyer fa referència al disseny d'un dispositiu, material o procés per resoldre un problema o una necessitat no satisfeta.
Etanol: Un alcohol, també anomenat alcohol etílic, que és la base de begudes alcohòliques com la cervesa, el vi i els licors. També s'utilitza com a dissolvent i combustible (per exemple, sovint barrejat amb gasolina).
Filtre: (n.) Quelcom que permet que passin alguns materials i d'altres, depenent de la seva mida o altres característiques. (v.) El procés de selecció de certes substàncies en funció de propietats com la mida, la densitat, la càrrega, etc. (en física) Una pantalla, placa o capa d'una substància que absorbeix la llum o altres radiacions o impedeix selectivament que passin alguns dels seus components.
Format: Un terme general per a sals o èsters d'àcid fòrmic, una forma oxidada d'un àcid gras. (Un èster és un compost a base de carboni format per la substitució dels àtoms d'hidrogen de certs àcids per certs tipus de grups orgànics. Molts greixos i olis essencials són èsters naturals d'àcids grassos.)
Combustible fòssil: Qualsevol combustible, com ara el carbó, el petroli (petroli cru) o el gas natural, que es va formar durant milions d'anys a l'interior de la Terra a partir de les restes en descomposició de bacteris, plantes o animals.
Combustible: Qualsevol substància que allibera energia mitjançant una reacció química o nuclear controlada. Els combustibles fòssils (carbó, gas natural i petroli) són combustibles comuns que alliberen energia mitjançant reaccions químiques quan s'escalfen (normalment fins al punt de combustió).
Pila de combustible: Un dispositiu que converteix l'energia química en energia elèctrica. El combustible més comú és l'hidrogen, l'únic subproducte del qual és el vapor d'aigua.
Geologia: Un adjectiu que descriu tot allò relacionat amb l'estructura física de la Terra, els seus materials, la història i els processos que s'hi produeixen. Les persones que treballen en aquest camp s'anomenen geòlegs.
Escalfament global: Un augment gradual de la temperatura general de l'atmosfera terrestre a causa de l'efecte hivernacle. L'efecte és causat per l'augment dels nivells de diòxid de carboni, clorofluorocarburs i altres gasos a l'aire, molts dels quals són emesos per les activitats humanes.
Hidrogen: L'element més lleuger de l'univers. Com a gas, és incolor, inodor i extremadament inflamable. És un component de molts combustibles, greixos i productes químics que formen el teixit viu. Consta d'un protó (el nucli) i un electró que l'orbita.
Innovació: (v. innovar; adj. innovar) Un ajust o millora d'una idea, procés o producte existent per fer-lo més nou, més intel·ligent, més eficient o més útil.
Lleixiu: El nom genèric de la solució d'hidròxid de sodi (NaOH). El lleixiu sovint es barreja amb olis vegetals o greixos animals i altres ingredients per fer sabó en barra.
Científic de materials: Investigador que estudia la relació entre l'estructura atòmica i molecular d'un material i les seves propietats generals. Els científics de materials poden desenvolupar nous materials o analitzar-ne d'existents. L'anàlisi de les propietats generals d'un material, com ara la densitat, la resistència i el punt de fusió, pot ajudar els enginyers i altres investigadors a seleccionar els millors materials per a noves aplicacions.
Molècula: Un grup d'àtoms elèctricament neutres que representa la quantitat més petita possible d'un compost químic. Les molècules poden estar formades per un tipus d'àtom o per diferents tipus d'àtoms. Per exemple, l'oxigen de l'aire està format per dos àtoms d'oxigen (O2) i l'aigua està formada per dos àtoms d'hidrogen i un àtom d'oxigen (H2O).
Contaminant: Una substància que contamina alguna cosa, com ara l'aire, l'aigua, les persones o els aliments. Alguns contaminants són productes químics, com ara els pesticides. Altres contaminants poden ser la radiació, com ara l'excés de calor o llum. Fins i tot les males herbes i altres espècies invasores es poden considerar una forma de bioincrustació.
Potent: Un adjectiu que fa referència a alguna cosa molt forta o poderosa (com ara un germen, un verí, un medicament o un àcid).
Renovable: Un adjectiu que fa referència a un recurs que es pot substituir indefinidament (com ara l'aigua, les plantes verdes, la llum solar i el vent). Això contrasta amb els recursos no renovables, que tenen un subministrament limitat i es poden esgotar de manera efectiva. Els recursos no renovables inclouen el petroli (i altres combustibles fòssils) o elements i minerals relativament rars.