کارخانه‌های سیمان مانند آنچه در اینجا نشان داده شده است، منبع اصلی دی اکسید کربنِ گرم کننده آب و هوا هستند. اما برخی از این آلاینده‌ها را می‌توان به نوع جدیدی از سوخت تبدیل کرد. این نمک را می‌توان با خیال راحت برای دهه‌ها یا بیشتر ذخیره کرد.
این داستان دیگری از مجموعه‌ای است که به فناوری‌ها و اقدامات جدیدی می‌پردازد که می‌توانند تغییرات اقلیمی را کند کنند، تأثیرات آن را کاهش دهند یا به جوامع کمک کنند تا با جهانی که به سرعت در حال تغییر است، کنار بیایند.
فعالیت‌هایی که دی‌اکسید کربن (CO2)، یک گاز گلخانه‌ای رایج، را آزاد می‌کنند، به گرم شدن جو زمین کمک می‌کنند. ایده استخراج CO2 از هوا و ذخیره آن چیز جدیدی نیست. اما انجام آن دشوار است، به خصوص زمانی که مردم توانایی مالی آن را دارند. یک سیستم جدید مشکل آلودگی CO2 را به روشی کمی متفاوت حل می‌کند. این سیستم، گاز گرم‌کننده آب و هوا را از نظر شیمیایی به سوخت تبدیل می‌کند.
در ۱۵ نوامبر، محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در کمبریج نتایج پیشگامانه خود را در مجله Cell Reports Physical Science منتشر کردند.
سیستم جدید آنها به دو بخش تقسیم می‌شود. بخش اول شامل تبدیل دی‌اکسید کربن از هوا به مولکولی به نام فرمات برای تولید سوخت است. فرمات مانند دی‌اکسید کربن حاوی یک اتم کربن و دو اتم اکسیژن و همچنین یک اتم هیدروژن است. فرمات همچنین حاوی چندین عنصر دیگر است. در مطالعه جدید از نمک فرمات استفاده شده است که از سدیم یا پتاسیم مشتق شده است.
بیشتر پیل‌های سوختی با هیدروژن کار می‌کنند، گازی قابل اشتعال که برای انتقال به خطوط لوله و مخازن تحت فشار نیاز دارد. با این حال، پیل‌های سوختی می‌توانند با فرمات نیز کار کنند. به گفته لی جو، دانشمند مواد که رهبری توسعه سیستم جدید را بر عهده داشته است، فرمات دارای محتوای انرژی قابل مقایسه با هیدروژن است. لی جو خاطرنشان کرد که فرمات مزایایی نسبت به هیدروژن دارد. ایمن‌تر است و نیازی به ذخیره‌سازی در فشار بالا ندارد.
محققان دانشگاه MIT برای آزمایش فرمات، که از دی اکسید کربن تولید می‌کنند، یک سلول سوختی ساختند. ابتدا نمک را با آب مخلوط کردند. سپس این مخلوط به یک سلول سوختی تزریق شد. در داخل سلول سوختی، فرمات در یک واکنش شیمیایی الکترون آزاد کرد. این الکترون‌ها از الکترود منفی سلول سوختی به الکترود مثبت جریان یافتند و یک مدار الکتریکی را تکمیل کردند. این الکترون‌های در حال جریان - یک جریان الکتریکی - به مدت ۲۰۰ ساعت در طول آزمایش حضور داشتند.
ژن ژانگ، دانشمند مواد که با لی در MIT همکاری می‌کند، خوشبین است که تیمش بتواند این فناوری جدید را ظرف یک دهه به مرحله تولید انبوه برساند.
تیم تحقیقاتی MIT از یک روش شیمیایی برای تبدیل دی اکسید کربن به یک ماده کلیدی برای تولید سوخت استفاده کرد. ابتدا، آن را در معرض یک محلول بسیار قلیایی قرار دادند. آنها هیدروکسید سدیم (NaOH) را که معمولاً به عنوان قلیا شناخته می‌شود، انتخاب کردند. این باعث یک واکنش شیمیایی می‌شود که بی‌کربنات سدیم (NaHCO3) یا همان جوش شیرین تولید می‌کند.
سپس آنها دستگاه را روشن کردند. جریان الکتریکی یک واکنش شیمیایی جدید را آغاز کرد که تمام اتم‌های اکسیژن موجود در مولکول جوش شیرین را تجزیه می‌کرد و فرمات سدیم (NaCHO2) را باقی می‌گذاشت. سیستم آنها تقریباً تمام کربن موجود در CO2 - بیش از 96 درصد - را به این نمک تبدیل کرد.
انرژی مورد نیاز برای حذف اکسیژن در پیوندهای شیمیایی فرمات ذخیره می‌شود. پروفسور لی خاطرنشان کرد که فرمات می‌تواند این انرژی را برای دهه‌ها بدون از دست دادن انرژی پتانسیل ذخیره کند. سپس هنگام عبور از یک پیل سوختی، برق تولید می‌کند. اگر برق مورد استفاده برای تولید فرمات از انرژی خورشیدی، بادی یا برق آبی تأمین شود، برق تولید شده توسط پیل سوختی یک منبع انرژی پاک خواهد بود.
لی گفت برای گسترش این فناوری جدید، «ما باید منابع زمین‌شناسی غنی از قلیا پیدا کنیم.» او نوعی سنگ به نام بازالت قلیایی (AL-kuh-lye buh-SALT) را مطالعه کرد. این سنگ‌ها وقتی با آب مخلوط می‌شوند، به قلیا تبدیل می‌شوند.
فرزان کاظمی‌فر، مهندس دانشگاه ایالتی سن خوزه در کالیفرنیا است. تحقیقات او بر ذخیره دی‌اکسید کربن در سازندهای نمکی زیرزمینی متمرکز است. او می‌گوید حذف دی‌اکسید کربن از هوا همیشه دشوار و بنابراین گران بوده است. بنابراین تبدیل CO2 به محصولات قابل استفاده مانند فرمات سودآور است. هزینه محصول می‌تواند هزینه تولید را جبران کند.
تحقیقات زیادی در مورد جذب دی اکسید کربن از هوا انجام شده است. به عنوان مثال، تیمی از دانشمندان در دانشگاه لیهای اخیراً روش دیگری را برای فیلتر کردن دی اکسید کربن از هوا و تبدیل آن به جوش شیرین شرح داده‌اند. سایر گروه‌های تحقیقاتی در حال ذخیره CO2 در سنگ‌های مخصوص و تبدیل آن به کربن جامد هستند که سپس می‌تواند به اتانول، یک سوخت الکلی، تبدیل شود. اکثر این پروژه‌ها در مقیاس کوچک هستند و هنوز تأثیر قابل توجهی در کاهش سطوح بالای دی اکسید کربن در هوا نداشته‌اند.
این تصویر خانه‌ای را نشان می‌دهد که با دی‌اکسید کربن کار می‌کند. دستگاهی که در اینجا نشان داده شده است، دی‌اکسید کربن (مولکول‌های موجود در حباب‌های قرمز و سفید) را به نمکی به نام فرمات (حباب‌های آبی، قرمز، سفید و سیاه) تبدیل می‌کند. سپس این نمک می‌تواند در یک سلول سوختی برای تولید برق استفاده شود.
کاظمی‌فر گفت بهترین گزینه ما این است که «ابتدا انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهیم». یکی از راه‌های انجام این کار، جایگزینی سوخت‌های فسیلی با منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد یا خورشید است. این بخشی از گذار است که دانشمندان آن را «کربن‌زدایی» می‌نامند. اما او افزود که توقف تغییرات اقلیمی نیاز به یک رویکرد چندوجهی دارد. او گفت که این فناوری جدید برای جذب کربن در مناطقی که کربن‌زدایی در آنها دشوار است، مورد نیاز است. برای مثال، کارخانه‌های فولاد و سیمان را در نظر بگیرید.
تیم MIT همچنین مزایایی را در ترکیب فناوری جدید خود با انرژی خورشیدی و بادی می‌بیند. باتری‌های سنتی برای ذخیره انرژی برای هفته‌ها طراحی شده‌اند. ذخیره نور خورشید تابستان در زمستان یا بیشتر نیاز به رویکردی متفاوت دارد. لی گفت: «با سوخت فرمت، دیگر حتی به ذخیره‌سازی فصلی نیز محدود نیستید. این می‌تواند نسلی باشد.»
لی گفت، شاید مثل طلا برق نزند، اما «می‌توانم ۲۰۰ تُن... فرمیت را برای پسران و دخترانم به ارث بگذارم.»
قلیایی: صفتی که ماده‌ای شیمیایی را توصیف می‌کند که در محلول، یون‌های هیدروکسید (OH-) تشکیل می‌دهد. این محلول‌ها همچنین قلیایی (برخلاف اسیدی) نامیده می‌شوند و pH آنها بیشتر از ۷ است.
سفره آب زیرزمینی: سازند سنگی که قادر به نگهداری مخازن آب زیرزمینی است. این اصطلاح همچنین در مورد حوضه‌های زیرسطحی نیز به کار می‌رود.
بازالت: سنگ آتشفشانی سیاه رنگی که معمولاً بسیار متراکم است (مگر اینکه فوران آتشفشانی، توده‌های بزرگی از گاز را در آن به جا گذاشته باشد).
پیوند: (در شیمی) اتصال نیمه دائمی بین اتم‌ها (یا گروه‌هایی از اتم‌ها) در یک مولکول. این اتصال توسط نیروهای جاذبه بین اتم‌های شرکت‌کننده تشکیل می‌شود. پس از تشکیل پیوند، اتم‌ها به عنوان یک واحد عمل می‌کنند. برای جدا کردن اتم‌های تشکیل‌دهنده، باید انرژی به شکل گرما یا تابش دیگر به مولکول‌ها داده شود.
کربن: یک عنصر شیمیایی که اساس فیزیکی تمام حیات روی زمین است. کربن به صورت آزاد به شکل گرافیت و الماس وجود دارد. این عنصر یکی از اجزای مهم زغال سنگ، سنگ آهک و نفت است و قادر به خود-همبستگی شیمیایی برای تشکیل طیف گسترده‌ای از مولکول‌های با ارزش شیمیایی، بیولوژیکی و تجاری است. (در تحقیقات اقلیمی) اصطلاح کربن گاهی اوقات تقریباً به جای دی اکسید کربن استفاده می‌شود تا به تأثیر بالقوه‌ای که یک اقدام، محصول، سیاست یا فرآیند ممکن است بر گرمایش طولانی مدت جو داشته باشد، اشاره کند.
دی اکسید کربن: (یا CO2) گازی بی‌رنگ و بی‌بو است که توسط همه حیوانات تولید می‌شود، زمانی که اکسیژنی که تنفس می‌کنند با غذای غنی از کربنی که می‌خورند واکنش می‌دهد. دی اکسید کربن همچنین زمانی آزاد می‌شود که مواد آلی، از جمله سوخت‌های فسیلی مانند نفت یا گاز طبیعی، سوزانده می‌شوند. دی اکسید کربن یک گاز گلخانه‌ای است که گرما را در جو زمین به دام می‌اندازد. گیاهان از طریق فتوسنتز، دی اکسید کربن را به اکسیژن تبدیل می‌کنند و از این فرآیند برای ساختن غذای خود استفاده می‌کنند.
سیمان: ماده‌ای چسبنده که برای نگه‌داشتن دو ماده در کنار هم استفاده می‌شود و باعث می‌شود که به شکل جامد سفت شوند، یا چسب غلیظی که برای نگه‌داشتن دو ماده در کنار هم استفاده می‌شود. (ساخت‌وساز) ماده‌ای ریز آسیاب‌شده که برای چسباندن شن یا سنگ خردشده به یکدیگر و تشکیل بتن استفاده می‌شود. سیمان معمولاً به صورت پودر ساخته می‌شود. اما پس از خیس شدن، به دوغابی گل‌آلود تبدیل می‌شود که هنگام خشک شدن سفت می‌شود.
شیمیایی: ماده‌ای که از دو یا چند اتم ترکیب‌شده (پیوندیافته) با نسبت و ساختار ثابت تشکیل شده است. برای مثال، آب یک ماده شیمیایی است که از دو اتم هیدروژن متصل به یک اتم اکسیژن تشکیل شده است. فرمول شیمیایی آن H2O است. «شیمیایی» همچنین می‌تواند به عنوان یک صفت برای توصیف خواص ماده‌ای که از واکنش‌های مختلف بین ترکیبات مختلف حاصل می‌شود، استفاده شود.
پیوند شیمیایی: نیروی جاذبه بین اتم‌ها که به اندازه کافی قوی است تا باعث شود عناصر پیوند یافته به عنوان یک واحد عمل کنند. برخی از جاذبه‌ها ضعیف و برخی دیگر قوی هستند. به نظر می‌رسد همه پیوندها با به اشتراک گذاشتن (یا تلاش برای به اشتراک گذاشتن) الکترون‌ها، اتم‌ها را به هم متصل می‌کنند.
واکنش شیمیایی: فرآیندی که شامل بازآرایی مولکول‌ها یا ساختارهای یک ماده به جای تغییر در شکل فیزیکی آن (مثلاً از جامد به گاز) می‌شود.
شیمی: شاخه‌ای از علم که به مطالعه ترکیب، ساختار، خواص و برهمکنش مواد می‌پردازد. دانشمندان از این دانش برای مطالعه مواد ناآشنا، بازتولید مواد مفید در مقادیر زیاد یا طراحی و ایجاد مواد مفید جدید استفاده می‌کنند. (در مورد ترکیبات شیمیایی) شیمی همچنین به فرمول یک ترکیب، روش تهیه آن یا برخی از خواص آن اشاره دارد. افرادی که در این زمینه کار می‌کنند، شیمیدان نامیده می‌شوند. (در علوم اجتماعی) توانایی افراد برای همکاری، کنار آمدن با یکدیگر و لذت بردن از همراهی یکدیگر.
تغییرات اقلیمی: یک تغییر قابل توجه و بلندمدت در آب و هوای زمین. این می‌تواند به طور طبیعی یا در نتیجه فعالیت‌های انسانی، از جمله سوزاندن سوخت‌های فسیلی و از بین بردن جنگل‌ها، رخ دهد.
کربن‌زدایی: به گذار عمدی از فناوری‌ها، فعالیت‌ها و منابع انرژی آلاینده‌ای اشاره دارد که گازهای گلخانه‌ای مبتنی بر کربن، مانند دی‌اکسید کربن و متان، را به جو منتشر می‌کنند. هدف، کاهش میزان گازهای کربنی است که در تغییرات اقلیمی نقش دارند.
الکتریسیته: جریان بار الکتریکی، که معمولاً ناشی از حرکت ذرات با بار منفی به نام الکترون است.
الکترون: ذره‌ای با بار منفی که معمولاً در اطراف ناحیه بیرونی اتم می‌چرخد؛ همچنین حامل الکتریسیته در جامدات است.
مهندس: کسی که از علم و ریاضیات برای حل مشکلات استفاده می‌کند. وقتی کلمه مهندس به عنوان فعل استفاده می‌شود، به طراحی یک دستگاه، ماده یا فرآیند برای حل یک مشکل یا نیاز برآورده نشده اشاره دارد.
اتانول: یک الکل که به آن الکل اتیل نیز گفته می‌شود و پایه نوشیدنی‌های الکلی مانند آبجو، شراب و مشروبات الکلی است. همچنین به عنوان حلال و سوخت (به عنوان مثال، اغلب مخلوط با بنزین) استفاده می‌شود.
فیلتر: (اسم) چیزی که به برخی مواد اجازه عبور و به برخی دیگر، بسته به اندازه یا سایر ویژگی‌هایشان، اجازه عبور می‌دهد. (فعل) فرآیند انتخاب مواد خاص بر اساس خواصی مانند اندازه، چگالی، بار و غیره. (در فیزیک) صفحه، صفحه یا لایه‌ای از یک ماده که نور یا تابش‌های دیگر را جذب می‌کند یا به طور انتخابی از عبور برخی از اجزای آن جلوگیری می‌کند.
فرمات: یک اصطلاح عمومی برای نمک‌ها یا استرهای اسید فرمیک، یک شکل اکسید شده از یک اسید چرب. (استر ترکیبی مبتنی بر کربن است که با جایگزینی اتم‌های هیدروژن اسیدهای خاص با انواع خاصی از گروه‌های آلی تشکیل می‌شود. بسیاری از چربی‌ها و روغن‌های ضروری، استرهای طبیعی اسیدهای چرب هستند.)
سوخت فسیلی: هر سوختی مانند زغال سنگ، نفت خام یا گاز طبیعی که طی میلیون‌ها سال در درون زمین از بقایای پوسیده باکتری‌ها، گیاهان یا حیوانات تشکیل شده است.
سوخت: هر ماده‌ای که از طریق یک واکنش شیمیایی یا هسته‌ای کنترل‌شده انرژی آزاد می‌کند. سوخت‌های فسیلی (زغال‌سنگ، گاز طبیعی و نفت) سوخت‌های رایجی هستند که هنگام گرم شدن (معمولاً تا نقطه احتراق) از طریق واکنش‌های شیمیایی انرژی آزاد می‌کنند.
پیل سوختی: دستگاهی است که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. رایج‌ترین سوخت هیدروژن است که تنها محصول جانبی آن بخار آب است.
زمین‌شناسی: صفتی که هر چیزی مربوط به ساختار فیزیکی زمین، مواد آن، تاریخ و فرآیندهایی که روی آن رخ می‌دهد را توصیف می‌کند. افرادی که در این زمینه کار می‌کنند، زمین‌شناس نامیده می‌شوند.
گرمایش جهانی: افزایش تدریجی دمای کلی جو زمین به دلیل اثر گلخانه‌ای. این اثر در اثر افزایش سطح دی‌اکسید کربن، کلروفلوئوروکربن‌ها و سایر گازهای موجود در هوا ایجاد می‌شود که بسیاری از آنها توسط فعالیت‌های انسانی منتشر می‌شوند.
هیدروژن: سبک‌ترین عنصر در جهان. به عنوان یک گاز، بی‌رنگ، بی‌بو و بسیار قابل اشتعال است. این عنصر جزئی از بسیاری از سوخت‌ها، چربی‌ها و مواد شیمیایی است که بافت زنده را تشکیل می‌دهند. هیدروژن از یک پروتون (هسته) و یک الکترون که به دور آن می‌چرخد، تشکیل شده است.
نوآوری: (فعل. نو کردن؛ صفت. نو کردن) اصلاح یا بهبود یک ایده، فرآیند یا محصول موجود برای جدیدتر، هوشمندانه‌تر، کارآمدتر یا مفیدتر کردن آن.
قلیا: نام عمومی محلول هیدروکسید سدیم (NaOH). قلیا اغلب با روغن‌های گیاهی یا چربی‌های حیوانی و سایر مواد تشکیل‌دهنده برای ساخت صابون جامد مخلوط می‌شود.
دانشمند مواد: محققی که رابطه بین ساختار اتمی و مولکولی یک ماده و خواص کلی آن را مطالعه می‌کند. دانشمندان مواد ممکن است مواد جدیدی توسعه دهند یا مواد موجود را تجزیه و تحلیل کنند. تجزیه و تحلیل خواص کلی یک ماده، مانند چگالی، استحکام و نقطه ذوب، می‌تواند به مهندسان و سایر محققان کمک کند تا بهترین مواد را برای کاربردهای جدید انتخاب کنند.
مولکول: گروهی از اتم‌های خنثی از نظر الکتریکی که کوچکترین مقدار ممکن از یک ترکیب شیمیایی را نشان می‌دهد. مولکول‌ها می‌توانند از یک نوع اتم یا انواع مختلف اتم‌ها تشکیل شده باشند. به عنوان مثال، اکسیژن موجود در هوا از دو اتم اکسیژن (O2) و آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن (H2O) تشکیل شده است.
آلاینده: ماده‌ای که چیزی مانند هوا، آب، انسان یا غذا را آلوده می‌کند. برخی از آلاینده‌ها مواد شیمیایی مانند آفت‌کش‌ها هستند. سایر آلاینده‌ها می‌توانند تشعشعات، از جمله گرما یا نور بیش از حد باشند. حتی علف‌های هرز و سایر گونه‌های مهاجم را می‌توان نوعی رسوب زیستی در نظر گرفت.
قوی: صفتی که به چیزی بسیار قوی یا قدرتمند اشاره دارد (مانند میکروب، سم، دارو یا اسید).
تجدیدپذیر: صفتی است که به منبعی اشاره دارد که می‌تواند به طور نامحدود جایگزین شود (مانند آب، گیاهان سبز، نور خورشید و باد). این در تضاد با منابع تجدیدناپذیر است که عرضه محدودی دارند و می‌توانند به طور مؤثر از بین بروند. منابع تجدیدناپذیر شامل نفت (و سایر سوخت‌های فسیلی) یا عناصر و مواد معدنی نسبتاً کمیاب هستند.