Pabrik semén sapertos anu dipidangkeun di dieu mangrupikeun sumber utama karbon dioksida anu ningkatkeun iklim. Tapi sababaraha polutan ieu tiasa dirobih janten jinis bahan bakar énggal. Uyah ieu tiasa disimpen kalayan aman salami sababaraha dasawarsa atanapi langkung lami.
Ieu mangrupikeun carita sanés dina séri anu ningali téknologi sareng tindakan énggal anu tiasa ngalambatkeun parobahan iklim, ngirangan dampakna, atanapi ngabantosan komunitas pikeun nungkulan dunya anu gancang robih.
Kagiatan anu ngaleupaskeun karbon dioksida (CO2), gas rumah kaca umum, nyumbang kana manaskeun atmosfir Bumi. Ide pikeun ngekstrak CO2 tina hawa sareng nyimpenna sanés hal anu énggal. Tapi hésé dilakukeun, khususna nalika jalma-jalma mampuh mésérna. Sistem anyar ngarengsekeun masalah polusi CO2 ku cara anu rada béda. Éta sacara kimiawi ngarobih gas anu manaskeun iklim janten bahan bakar.
Dina tanggal 15 Nopémber, para panalungtik ti Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge medalkeun hasil panalungtikan anu inovatif dina jurnal Cell Reports Physical Science.
Sistem anyar maranéhanana dibagi jadi dua bagian. Bagian kahiji ngalibatkeun ngarobah karbon dioksida tina hawa jadi molekul anu disebut format pikeun ngahasilkeun bahan bakar. Sapertos karbon dioksida, format ngandung hiji atom karbon sareng dua atom oksigén, ogé hiji atom hidrogén. Format ogé ngandung sababaraha unsur sanésna. Panilitian anyar ieu nganggo uyah format, anu diturunkeun tina natrium atanapi kalium.
Kaseueuran sél bahan bakar nganggo hidrogén, gas anu gampang kabeuleum anu meryogikeun pipa sareng tanki bertekanan pikeun diangkut. Nanging, sél bahan bakar ogé tiasa nganggo format. Formate gaduh eusi énergi anu sami sareng hidrogén, numutkeun Li Ju, élmuwan bahan anu mingpin pamekaran sistem énggal. Formate gaduh sababaraha kaunggulan tibatan hidrogén, saur Li Ju. Éta langkung aman sareng henteu meryogikeun panyimpenan tekanan tinggi.
Para panalungtik di MIT nyiptakeun sél bahan bakar pikeun nguji format, anu dihasilkeun tina karbon dioksida. Mimitina, aranjeunna nyampur uyah sareng cai. Campuran éta teras diasupkeun kana sél bahan bakar. Di jero sél bahan bakar, format ngaleupaskeun éléktron dina réaksi kimia. Éléktron ieu ngalir ti éléktroda négatif sél bahan bakar ka éléktroda positif, ngalengkepan sirkuit listrik. Éléktron anu ngalir ieu—arus listrik—aya salami 200 jam salami ékspérimén.
Zhen Zhang, élmuwan bahan anu damel sareng Li di MIT, optimis yén timna bakal tiasa ningkatkeun téknologi énggal ieu dina dasawarsa.
Tim panalungtikan MIT nganggo metode kimia pikeun ngarobah karbon dioksida jadi bahan konci pikeun produksi bahan bakar. Mimitina, aranjeunna ngenalkeun kana larutan anu basa pisan. Aranjeunna milih natrium hidroksida (NaOH), anu umumna katelah alkali. Ieu micu réaksi kimia anu ngahasilkeun natrium bikarbonat (NaHCO3), anu langkung dikenal salaku soda kue.
Teras aranjeunna ngahurungkeun listrikna. Arus listrik micu réaksi kimia anyar anu ngabagi unggal atom oksigén dina molekul soda kue, nyésakeun natrium format (NaCHO2). Sistem aranjeunna ngarobah ampir sadaya karbon dina CO2 — langkung ti 96 persén — kana uyah ieu.
Énergi anu diperyogikeun pikeun miceun oksigén disimpen dina beungkeut kimia format. Profesor Li nyatet yén format tiasa nyimpen énergi ieu salami sababaraha dasawarsa tanpa kaleungitan énergi poténsial. Teras éta ngahasilkeun listrik nalika ngaliwat sél bahan bakar. Upami listrik anu dianggo pikeun ngahasilkeun format asalna tina énergi surya, angin atanapi hidroelektrik, listrik anu dihasilkeun ku sél bahan bakar bakal janten sumber énergi anu bersih.
Pikeun ningkatkeun téknologi anyar ieu, saur Lee, "urang kedah milarian sumber daya géologis anu beunghar tina alkali." Anjeunna nalungtik jinis batuan anu disebut basalt alkali (AL-kuh-lye buh-SALT). Nalika dicampur sareng cai, batuan ieu robah janten alkali.
Farzan Kazemifar nyaéta saurang insinyur di Universitas Negeri San Jose di California. Panalungtikan anjeunna museur kana nyimpen karbon dioksida dina formasi uyah handapeun taneuh. Miceun karbon dioksida tina hawa sok hésé sareng ku kituna mahal, saurna. Janten nguntungkeun pikeun ngarobih CO2 janten produk anu tiasa dianggo sapertos format. Biaya produk tiasa ngimbangan biaya produksi.
Geus loba panalungtikan ngeunaan néwak karbon dioksida tina hawa. Contona, tim élmuwan di Universitas Lehigh nembe ngajelaskeun métode séjén pikeun nyaring karbon dioksida tina hawa sareng ngarobahna jadi soda kue. Grup panalungtikan séjén nyimpen CO2 dina batuan khusus, ngarobahna jadi karbon padet anu teras tiasa diolah jadi étanol, bahan bakar alkohol. Kaseueuran proyék ieu skala leutik sareng tacan gaduh dampak anu signifikan dina ngirangan tingkat karbon dioksida anu luhur di hawa.
Gambar ieu nunjukkeun hiji imah anu nganggo karbon dioksida. Alat anu dipidangkeun di dieu ngarobah karbon dioksida (molekul dina gelembung beureum sareng bodas) janten uyah anu disebut format (gelembung biru, beureum, bodas, sareng hideung). Uyah ieu teras tiasa dianggo dina sél bahan bakar pikeun ngahasilkeun listrik.
Kazemifar nyarios yén pilihan anu pangsaéna nyaéta "ngurangan émisi gas rumah kaca heula." Salah sahiji cara pikeun ngalakukeun éta nyaéta ngagentos bahan bakar fosil ku sumber énergi anu tiasa dianyari sapertos angin atanapi surya. Ieu mangrupikeun bagian tina transisi anu disebut ku para ilmuwan "dékarbonisasi." Tapi anjeunna nambihan yén ngeureunkeun parobahan iklim bakal meryogikeun pendekatan anu seueur aspék. Téhnologi énggal ieu diperyogikeun pikeun nangkep karbon di daérah anu hésé didékarbonisasi, saurna. Candak pabrik baja sareng pabrik semén, pikeun nyebatkeun dua conto.
Tim MIT ogé ningali mangpaat dina ngagabungkeun téknologi anyarna sareng tanaga surya sareng angin. Batré tradisional dirancang pikeun nyimpen énergi salami sababaraha minggu. Nyimpen sinar panonpoé usum panas dugi ka usum tiris atanapi langkung lami meryogikeun pendekatan anu béda. "Kalayan bahan bakar format," saur Lee, anjeun henteu deui diwatesan ku panyimpenan musiman. "Éta tiasa janten generasi."
Sanajan teu herang kawas emas, tapi "Kuring bisa ninggalkeun 200 ton... format ka putra jeung putri kuring," ceuk Lee, "salaku warisan."
Alkali: Kecap sipat anu ngagambarkeun zat kimia anu ngabentuk ion hidroksida (OH-) dina leyuran. Leyuran ieu disebut ogé alkali (sabalikna tina asam) sareng gaduh pH langkung ti 7.
Akuifer: Formasi batu anu sanggup nampung waduk cai handapeun taneuh. Istilah ieu ogé lumaku pikeun cekungan handapeun taneuh.
Basalt: Batuan vulkanik hideung anu biasana padet pisan (kajaba lamun aya letusan gunungapi anu ninggalkeun kantong gas anu ageung di jerona).
beungkeut: (dina kimia) hubungan semi-permanén antara atom (atanapi gugus atom) dina molekul. Éta kabentuk ku gaya tarik antara atom anu milu. Sakali beungkeut kabentuk, atom-atom éta fungsina salaku hiji unit. Pikeun misahkeun atom-atom konstituénna, énergi dina bentuk panas atanapi radiasi sanésna kedah disayogikeun ka molekul.
Karbon: Unsur kimia anu mangrupikeun dasar fisik sadaya kahirupan di Bumi. Karbon aya sacara bébas dina bentuk grafit sareng inten. Éta mangrupikeun komponén penting tina batu bara, batu kapur, sareng minyak bumi, sareng sanggup ngahiji sacara kimia pikeun ngabentuk rupa-rupa molekul anu gaduh nilai kimia, biologis, sareng komérsial. (Dina panalungtikan iklim) Istilah karbon kadang dianggo ampir silih genti sareng karbon dioksida pikeun ngarujuk kana dampak poténsial anu tiasa dipiboga ku hiji tindakan, produk, kawijakan, atanapi prosés kana pemanasan atmosfir jangka panjang.
Karbon dioksida: (atanapi CO2) nyaéta gas anu teu warnaan sareng teu bau anu dihasilkeun ku sadaya sasatoan nalika oksigén anu dihirupna réaksi sareng katuangan anu beunghar karbon anu didaharna. Karbon dioksida ogé dileupaskeun nalika bahan organik, kalebet bahan bakar fosil sapertos minyak atanapi gas alam, dibeuleum. Karbon dioksida nyaéta gas rumah kaca anu néwak panas di atmosfir Bumi. Tutuwuhan ngarobah karbon dioksida janten oksigén ngalangkungan fotosintésis sareng nganggo prosés ieu pikeun ngadamel katuangan nyalira.
Semén: Bahan pangiket anu dianggo pikeun ngahijikeun dua bahan, ngabalukarkeun éta jadi padet, atanapi lem kandel anu dianggo pikeun ngahijikeun dua bahan. (Konstruksi) Bahan anu digiling lemes anu dianggo pikeun ngabeungkeut keusik atanapi batu anu ditumbuk pikeun ngabentuk beton. Semén biasana didamel salaku bubuk. Tapi sakali baseuh, éta robah jadi bubur leutak anu bakal jadi teuas nalika garing.
Kimia: Zat anu diwangun ku dua atanapi langkung atom anu digabungkeun (kabeungkeut) dina babandingan sareng struktur anu tetep. Salaku conto, cai nyaéta zat kimia anu diwangun ku dua atom hidrogén anu kabeungkeut kana hiji atom oksigén. Rumus kimiana nyaéta H2O. "Kimia" ogé tiasa dianggo salaku kecap sipat pikeun ngajelaskeun sipat-sipat zat anu hasil tina rupa-rupa réaksi antara sanyawa anu béda.
Ikatan kimia: Gaya tarik-menarik antara atom anu cukup kuat pikeun nyababkeun unsur-unsur anu kabeungkeut fungsina salaku hiji unit. Aya anu tarik-menarik lemah, aya ogé anu kuat. Sadaya ikatan sigana nyambungkeun atom ku cara babagi (atanapi nyobian babagi) éléktron.
Réaksi kimia: Prosés anu ngalibatkeun pangaturan ulang molekul atanapi struktur hiji zat tinimbang parobahan bentuk fisik (contona, tina padet ka gas).
Kimia: cabang élmu anu ngulik komposisi, struktur, sipat, sareng interaksi zat. Élmuwan nganggo pangaweruh ieu pikeun ngulik zat anu teu biasa, pikeun ngahasilkeun deui zat anu mangpaat dina jumlah anu ageung, atanapi pikeun ngarancang sareng nyiptakeun zat anu mangpaat anyar. (tina sanyawa kimia) Kimia ogé nujul kana rumus sanyawa, metode persiapanana, atanapi sababaraha sipatna. Jalma anu damel dina widang ieu disebut ahli kimia. (dina élmu sosial) kamampuan jalma pikeun gawé bareng, akur, sareng silih pikaresep.
Parobahan iklim: Parobahan anu signifikan sareng jangka panjang dina iklim Bumi. Ieu tiasa kajantenan sacara alami atanapi salaku akibat tina kagiatan manusa, kalebet ngaduruk bahan bakar fosil sareng ngabakar leuweung.
Dekarbonisasi: nujul kana transisi anu disengaja tina téknologi, kagiatan, sareng sumber énergi anu ngotoran anu ngaluarkeun gas rumah kaca berbasis karbon, sapertos karbon dioksida sareng metana, ka atmosfir. Tujuanana nyaéta pikeun ngirangan jumlah gas karbon anu nyumbang kana parobahan iklim.
Listrik: Aliran muatan listrik, biasana hasil tina gerakan partikel anu boga muatan négatif anu disebut éléktron.
Éléktron: partikel anu boga muatan négatif anu biasana ngorbit daérah luar atom; éta ogé mangrupikeun pamawa listrik dina zat padet.
Insinyur: Jalma anu ngagunakeun élmu pangaweruh sareng matematika pikeun ngarengsekeun masalah. Nalika dianggo salaku kecap pagawéan, kecap insinyur nujul kana ngarancang alat, bahan, atanapi prosés pikeun ngarengsekeun masalah atanapi kabutuhan anu teu acan kacumponan.
Étanol: Alkohol, disebut ogé étil alkohol, anu mangrupikeun dasar pikeun inuman alkohol sapertos bir, anggur, sareng minuman keras. Éta ogé dianggo salaku pangleyur sareng bahan bakar (contona, sering dicampur sareng bénsin).
Saringan: (n.) Hiji hal anu ngamungkinkeun sababaraha bahan ngaliwat jeung nu séjénna ngaliwat, gumantung kana ukuran atawa ciri-ciri séjénna. (v.) Prosés milih zat-zat nu tangtu dumasar kana sipat-sipat saperti ukuran, kapadetan, muatan, jsb. (dina fisika) Layar, pelat, atawa lapisan zat nu nyerep cahaya atawa radiasi séjénna atawa sacara selektif nyegah sababaraha komponénna ngaliwat.
Format: Istilah umum pikeun uyah atanapi éster asam format, bentuk asam lemak anu dioksidasi. (Éster nyaéta sanyawa dumasar karbon anu dibentuk ku cara ngaganti atom hidrogén tina asam-asam tertentu ku jinis gugus organik tertentu. Seueur lemak sareng minyak atsiri mangrupikeun éster asam lemak anu aya sacara alami.)
Bahan bakar fosil: Bahan bakar naon waé, sapertos batu bara, minyak bumi (minyak mentah), atanapi gas alam, anu kabentuk salami jutaan taun di jero Bumi tina sésa-sésa baktéri, pepelakan, atanapi sasatoan anu buruk.
Bahan bakar: Sagala zat anu ngaleupaskeun énergi ngaliwatan réaksi kimia atanapi nuklir anu dikontrol. Bahan bakar fosil (batu bara, gas alam, sareng minyak) nyaéta bahan bakar umum anu ngaleupaskeun énergi ngaliwatan réaksi kimia nalika dipanaskeun (biasana dugi ka titik durukan).
Sél bahan bakar: Alat anu ngarobah énergi kimia jadi énergi listrik. Bahan bakar anu paling umum nyaéta hidrogén, hiji-hijina produk sampinganna nyaéta uap cai.
Géologi: Kecap sipat anu ngagambarkeun sagala hal anu aya patalina jeung struktur fisik Bumi, bahan-bahanna, sajarahna, jeung prosés anu lumangsung di dinya. Jalma anu digawé dina widang ieu disebut ahli géologi.
Pamanasan global: Kanaékan laun-laun dina suhu sakabéh atmosfir Bumi alatan éfék rumah kaca. Éfék ieu disababkeun ku ningkatna kadar karbon dioksida, klorofluorokarbon, sareng gas-gas sanés di udara, anu seueurna dikaluarkeun ku kagiatan manusa.
Hidrogén: Unsur anu pangénténgna di jagat raya. Salaku gas, éta teu warnaan, teu bauan, sareng gampang kaduruk. Éta mangrupikeun komponén tina seueur bahan bakar, lemak, sareng bahan kimia anu ngawangun jaringan hirup. Éta diwangun ku proton (inti) sareng éléktron anu ngorbitna.
Inovasi: (v. to innovate; adj. to innovate) Pangaluyuan atanapi perbaikan kana ideu, prosés, atanapi produk anu tos aya supados langkung énggal, langkung pinter, langkung efisien, atanapi langkung mangpaat.
Lye: Ngaran umum pikeun larutan natrium hidroksida (NaOH). Lye sering dicampur sareng minyak nabati atanapi lemak sato sareng bahan-bahan sanésna pikeun ngadamel sabun batangan.
Élmuwan bahan: Panalungtik anu nalungtik hubungan antara struktur atom sareng molekul hiji bahan sareng sipat-sipatna sacara umum. Élmuwan bahan tiasa ngembangkeun bahan énggal atanapi nganalisis anu tos aya. Nganalisis sipat-sipat sakabéh bahan, sapertos kapadetan, kakuatan, sareng titik lebur, tiasa ngabantosan insinyur sareng panalungtik sanésna milih bahan anu pangsaéna pikeun aplikasi énggal.
Molekul: Sakumpulan atom nétral sacara listrik anu ngagambarkeun jumlah pangleutikna tina sanyawa kimia. Molekul tiasa diwangun ku hiji jinis atom atanapi rupa-rupa jinis atom. Salaku conto, oksigén dina hawa diwangun ku dua atom oksigén (O2), sareng cai diwangun ku dua atom hidrogén sareng hiji atom oksigén (H2O).
Polutan: Zat anu ngotoran hiji hal, sapertos hawa, cai, jalma, atanapi tuangeun. Sababaraha polutan nyaéta bahan kimia, sapertos péstisida. Polutan anu sanésna tiasa radiasi, kalebet panas atanapi cahaya anu kaleuleuwihi. Bahkan jukut liar sareng spésiés invasif sanésna tiasa dianggap salaku bentuk biofouling.
Kuat: Kecap sipat anu nuduhkeun hiji hal anu pohara kuat atanapi kuat (sapertos kuman, racun, ubar, atanapi asam).
Bisa dianyari: Kecap sipat anu nuduhkeun sumber daya anu tiasa digentos sacara teu terbatas (sapertos cai, pepelakan héjo, sinar panonpoé, sareng angin). Ieu béda sareng sumber daya anu teu tiasa dianyari, anu gaduh suplai terbatas sareng tiasa béak sacara efektif. Sumber daya anu teu tiasa dianyari kalebet minyak (sareng bahan bakar fosil sanésna) atanapi unsur sareng mineral anu kawilang langka.