As fábricas de cemento como a que se mostra aquí son unha fonte importante de dióxido de carbono que provoca o quecemento climático. Pero algúns destes contaminantes pódense converter nun novo tipo de combustible. Este sal pódese almacenar de forma segura durante décadas ou máis.
Esta é outra historia dunha serie que analiza as novas tecnoloxías e accións que poden frear o cambio climático, reducir os seus impactos ou axudar ás comunidades a afrontar un mundo en rápida evolución.
As actividades que liberan dióxido de carbono (CO2), un gas de efecto invernadoiro común, contribúen ao quecemento da atmosfera terrestre. A idea de extraer CO2 do aire e almacenalo non é nova. Pero é difícil de facer, especialmente cando a xente pode permitilo. Un novo sistema resolve o problema da contaminación por CO2 dun xeito lixeiramente diferente. Converte quimicamente o gas que quenta o clima en combustible.
O 15 de novembro, investigadores do Instituto Tecnolóxico de Massachusetts (MIT) de Cambridge publicaron os seus innovadores resultados na revista Cell Reports Physical Science.
O seu novo sistema divídese en dúas partes. A primeira parte consiste en converter o dióxido de carbono do aire nunha molécula chamada formiato para producir combustible. Do mesmo xeito que o dióxido de carbono, o formiato contén un átomo de carbono e dous átomos de osíxeno, así como un átomo de hidróxeno. O formiato tamén contén outros elementos. O novo estudo empregou unha sal de formiato, que deriva do sodio ou do potasio.
A maioría das pilas de combustible funcionan con hidróxeno, un gas inflamable que require tubaxes e tanques presurizados para o seu transporte. Non obstante, as pilas de combustible tamén poden funcionar con formiato. O formiato ten un contido enerxético comparable ao do hidróxeno, segundo Li Ju, un científico de materiais que dirixiu o desenvolvemento do novo sistema. O formiato ten algunhas vantaxes sobre o hidróxeno, sinalou Li Ju. É máis seguro e non require almacenamento a alta presión.
Investigadores do MIT crearon unha pila de combustible para probar o formiato, que producen a partir de dióxido de carbono. Primeiro, mesturaron o sal con auga. A mestura introduciuse despois nunha pila de combustible. Dentro da pila de combustible, o formiato liberaba electróns nunha reacción química. Estes electróns fluían desde o eléctrodo negativo da pila de combustible ata o eléctrodo positivo, completando un circuíto eléctrico. Estes electróns fluíndo (unha corrente eléctrica) estiveron presentes durante 200 horas durante o experimento.
Zhen Zhang, un científico de materiais que traballa con Li no MIT, é optimista e confía en que o seu equipo poderá ampliar a nova tecnoloxía nunha década.
O equipo de investigación do MIT empregou un método químico para converter o dióxido de carbono nun ingrediente clave para a produción de combustible. Primeiro, expuxérono a unha solución altamente alcalina. Escolleron hidróxido de sodio (NaOH), coñecido comunmente como lixivia. Isto desencadea unha reacción química que produce bicarbonato de sodio (NaHCO3), máis coñecido como bicarbonato de sodio.
Despois acendérona. A corrente eléctrica desencadeou unha nova reacción química que dividiu cada átomo de osíxeno da molécula de bicarbonato de sodio, deixando atrás formiato de sodio (NaCHO2). O seu sistema converteu case todo o carbono do CO2 (máis do 96 %) neste sal.
A enerxía necesaria para eliminar o osíxeno almacénase nas ligazóns químicas do formiato. O profesor Li sinalou que o formiato pode almacenar esta enerxía durante décadas sen perder enerxía potencial. Despois xera electricidade cando pasa a través dunha pila de combustible. Se a electricidade utilizada para producir formiato provén da enerxía solar, eólica ou hidroeléctrica, a electricidade xerada pola pila de combustible será unha fonte de enerxía limpa.
Para ampliar a nova tecnoloxía, Lee dixo que «temos que atopar ricos recursos xeolóxicos de lixivia». Estudou un tipo de rocha chamada basalto alcalino (AL-kuh-lye buh-SALT). Cando se mesturan con auga, estas rochas convértense en lixivia.
Farzan Kazemifar é enxeñeiro na Universidade Estatal de San José, en California. A súa investigación céntrase no almacenamento de dióxido de carbono en formacións salinas subterráneas. A eliminación do dióxido de carbono do aire sempre foi difícil e, polo tanto, custosa, afirma. Polo tanto, é rendible converter o CO2 en produtos utilizables como o formiato. O custo do produto pode compensar o custo de produción.
Investigáronse moitas cousas sobre a captura de dióxido de carbono do aire. Por exemplo, un equipo de científicos da Universidade de Lehigh describiu recentemente outro método para filtrar o dióxido de carbono do aire e convertelo en bicarbonato de sodio. Outros grupos de investigación están a almacenar CO2 en rochas especiais, converténdoo en carbono sólido que logo se pode procesar en etanol, un combustible alcohólico. A maioría destes proxectos son a pequena escala e aínda non tiveron un impacto significativo na redución dos altos niveis de dióxido de carbono no aire.
Esta imaxe mostra unha casa que funciona con dióxido de carbono. O dispositivo que se mostra aquí converte o dióxido de carbono (as moléculas das burbullas vermellas e brancas) nun sal chamado formiato (as burbullas azuis, vermellas, brancas e negras). Este sal pódese usar nunha pila de combustible para xerar electricidade.
Kazemifar dixo que a nosa mellor opción é “reducir primeiro as emisións de gases de efecto invernadoiro”. Unha forma de facelo é substituír os combustibles fósiles por fontes de enerxía renovables como a eólica ou a solar. Isto forma parte dunha transición que os científicos chaman “descarbonización”. Pero engadiu que deter o cambio climático requirirá unha abordaxe multifacética. Esta nova tecnoloxía é necesaria para capturar carbono en zonas que son difíciles de descarbonizar, dixo. Tomemos como exemplos as fábricas de aceiro e as fábricas de cemento.
O equipo do MIT tamén ve vantaxes na combinación da súa nova tecnoloxía coa enerxía solar e eólica. As baterías tradicionais están deseñadas para almacenar enerxía durante semanas. Almacenar a luz solar do verán no inverno ou máis tempo require unha estratexia diferente. «Co combustible de formiato», dixo Lee, xa non se está limitado nin sequera ao almacenamento estacional. «Podería ser xeracional».
Pode que non brille coma o ouro, pero «podo deixarlles 200 toneladas... de formiato aos meus fillos e fillas», dixo Lee, «como herdanza».
Alcalino: adxectivo que describe unha substancia química que forma ións hidróxido (OH-) en solución. Estas solucións tamén se denominan alcalinas (en oposición a ácidas) e teñen un pH superior a 7.
Acuífero: Formación rochosa capaz de conter reservas subterráneas de auga. O termo tamén se aplica ás concas subterráneas.
Basalto: Rocha volcánica negra que adoita ser moi densa (a non ser que unha erupción volcánica deixase grandes bolsas de gas nela).
enlace: (en química) unha conexión semipermanente entre átomos (ou grupos de átomos) nunha molécula. Fórmase por forzas atractivas entre os átomos participantes. Unha vez formados os enlaces, os átomos funcionan como unha unidade. Para separar os átomos constituíntes, débese subministrar enerxía en forma de calor ou outra radiación ás moléculas.
Carbono: Un elemento químico que constitúe a base física de toda a vida na Terra. O carbono existe libremente en forma de grafito e diamante. É un compoñente importante do carbón, a pedra calcaria e o petróleo, e é capaz de autoasociarse quimicamente para formar unha ampla variedade de moléculas de valor químico, biolóxico e comercial. (Na investigación climática) O termo carbono ás veces úsase case indistintamente con dióxido de carbono para referirse ao impacto potencial que unha acción, produto, política ou proceso pode ter no quecemento a longo prazo da atmosfera.
Dióxido de carbono: (ou CO2) é un gas incoloro e inodoro producido por todos os animais cando o osíxeno que respiran reacciona cos alimentos ricos en carbono que comen. O dióxido de carbono tamén se libera cando se queima materia orgánica, incluídos os combustibles fósiles como o petróleo ou o gas natural. O dióxido de carbono é un gas de efecto invernadoiro que atrapa a calor na atmosfera terrestre. As plantas converten o dióxido de carbono en osíxeno mediante a fotosíntese e usan este proceso para fabricar o seu propio alimento.
Cemento: Un aglutinante que se usa para manter unidos dous materiais, facendo que se endurezan ata converterse nun sólido, ou unha cola espesa que se usa para manter unidos dous materiais. (Construción) Un material finamente moído que se usa para unir area ou rocha triturada para formar formigón. O cemento adoita fabricarse en po. Pero unha vez que se molla, convértese nunha lama fangosa que se endurece ao secar.
Químico: Unha substancia composta por dous ou máis átomos combinados (enlazados) nunha proporción e estrutura fixas. Por exemplo, a auga é unha substancia química composta por dous átomos de hidróxeno unidos a un átomo de osíxeno. A súa fórmula química é H2O. «Químico» tamén se pode usar como adxectivo para describir as propiedades dunha substancia que resultan de diversas reaccións entre diferentes compostos.
Ligazón química: Unha forza de atracción entre átomos que é o suficientemente forte como para facer que os elementos enlazados funcionen como unha unidade. Algunhas atraccións son débiles, outras son fortes. Todas as ligazóns parecen conectar átomos compartindo (ou intentando compartir) electróns.
Reacción química: un proceso que implica un rearranxo das moléculas ou estruturas dunha substancia en lugar dun cambio na súa forma física (por exemplo, de sólido a gas).
Química: a rama da ciencia que estuda a composición, estrutura, propiedades e interaccións das substancias. Os científicos empregan este coñecemento para estudar substancias descoñecidas, reproducir substancias útiles en grandes cantidades ou deseñar e crear novas substancias útiles. (de compostos químicos) A química tamén se refire á fórmula dun composto, ao método polo que se prepara ou a algunhas das súas propiedades. As persoas que traballan neste campo chámanse químicos. (nas ciencias sociais) a capacidade das persoas para cooperar, levarse ben e gozar da compañía dos demais.
Cambio climático: Un cambio significativo e a longo prazo no clima da Terra. Pode producirse de forma natural ou como resultado de actividades humanas, como a queima de combustibles fósiles e a tala de bosques.
Descarbonización: refírese á transición intencional para abandonar as tecnoloxías, actividades e fontes de enerxía contaminantes que emiten á atmosfera gases de efecto invernadoiro baseados no carbono, como o dióxido de carbono e o metano. O obxectivo é reducir a cantidade de gases de carbono que contribúen ao cambio climático.
Electricidade: O fluxo de carga eléctrica, xeralmente resultante do movemento de partículas cargadas negativamente chamadas electróns.
Electrón: partícula cargada negativamente que normalmente orbita a rexión exterior dun átomo; tamén é o portador da electricidade nos sólidos.
Enxeñeiro/a: Persoa que usa a ciencia e as matemáticas para resolver problemas. Cando se usa como verbo, a palabra enxeñeiro/a refírese ao deseño dun dispositivo, material ou proceso para resolver un problema ou unha necesidade non satisfeita.
Etanol: Un alcohol, tamén chamado alcohol etílico, que é a base de bebidas alcohólicas como a cervexa, o viño e os licores. Tamén se usa como disolvente e combustible (por exemplo, a miúdo mesturado con gasolina).
Filtro: (n.) Algo que permite que pasen algúns materiais e outros, dependendo do seu tamaño ou outras características. (v.) Proceso de selección de certas substancias en función de propiedades como o tamaño, a densidade, a carga etc. (en física) Pantalla, placa ou capa dunha substancia que absorbe a luz ou outra radiación ou impide selectivamente o paso dalgúns dos seus compoñentes.
Formiato: termo xeral para sales ou ésteres de ácido fórmico, unha forma oxidada dun ácido graxo. (Un éster é un composto baseado no carbono formado ao substituír os átomos de hidróxeno de certos ácidos por certos tipos de grupos orgánicos. Moitas graxas e aceites esenciais son ésteres de ácidos graxos que se producen de forma natural.)
Combustible fósil: Calquera combustible, como o carbón, o petróleo (crudo) ou o gas natural, que se formou durante millóns de anos no interior da Terra a partir dos restos en descomposición de bacterias, plantas ou animais.
Combustible: Calquera substancia que libere enerxía mediante unha reacción química ou nuclear controlada. Os combustibles fósiles (carbón, gas natural e petróleo) son combustibles comúns que liberan enerxía mediante reaccións químicas cando se quentan (xeralmente ata o punto de combustión).
Pila de combustible: Dispositivo que converte a enerxía química en enerxía eléctrica. O combustible máis común é o hidróxeno, cuxo único subproduto é o vapor de auga.
Xeoloxía: Adxectivo que describe todo o relacionado coa estrutura física da Terra, os seus materiais, a súa historia e os procesos que ocorren nela. As persoas que traballan neste campo chámanse xeólogos.
Quecemento global: Un aumento gradual da temperatura xeral da atmosfera terrestre debido ao efecto invernadoiro. O efecto está causado polo aumento dos niveis de dióxido de carbono, clorofluorocarbonos e outros gases no aire, moitos dos cales son emitidos polas actividades humanas.
Hidróxeno: o elemento máis lixeiro do universo. Como gas, é incoloro, inodoro e extremadamente inflamable. É un compoñente de moitos combustibles, graxas e substancias químicas que compoñen os tecidos vivos. Consta dun protón (o núcleo) e un electrón que orbita ao seu redor.
Innovación: (v. innovar; adx. innovar) Axuste ou mellora dunha idea, proceso ou produto existente para facelo máis novo, máis intelixente, máis eficiente ou máis útil.
Lixivia: nome xeral para a solución de hidróxido de sodio (NaOH). A lixivia adoita mesturarse con aceites vexetais ou graxas animais e outros ingredientes para facer xabón en barra.
Científico de materiais: Investigador que estuda a relación entre a estrutura atómica e molecular dun material e as súas propiedades xerais. Os científicos de materiais poden desenvolver novos materiais ou analizar os xa existentes. A análise das propiedades xerais dun material, como a densidade, a resistencia e o punto de fusión, pode axudar aos enxeñeiros e outros investigadores a seleccionar os mellores materiais para novas aplicacións.
Molécula: Un grupo de átomos electricamente neutros que representa a menor cantidade posible dun composto químico. As moléculas poden estar formadas por un tipo de átomo ou por diferentes tipos de átomos. Por exemplo, o osíxeno do aire está formado por dous átomos de osíxeno (O2) e a auga está formada por dous átomos de hidróxeno e un átomo de osíxeno (H2O).
Contaminante: Substancia que contamina algo, como o aire, a auga, as persoas ou os alimentos. Algúns contaminantes son produtos químicos, como os pesticidas. Outros poden ser a radiación, como o exceso de calor ou luz. Mesmo as herbas daniñas e outras especies invasoras poden considerarse unha forma de bioincrustación.
Potente: adxectivo que se refire a algo moi forte ou poderoso (como un xerme, veleno, medicamento ou ácido).
Renovable: Adxectivo que se refire a un recurso que pode ser substituído indefinidamente (como a auga, as plantas verdes, a luz solar e o vento). Isto contrasta cos recursos non renovables, que teñen unha subministración limitada e poden esgotarse de xeito efectivo. Os recursos non renovables inclúen o petróleo (e outros combustibles fósiles) ou elementos e minerais relativamente raros.