Kilang simen seperti yang ditunjukkan di sini merupakan sumber utama karbon dioksida yang memanaskan iklim. Tetapi sebahagian daripada bahan pencemar ini boleh ditukar menjadi jenis bahan api baharu. Garam ini boleh disimpan dengan selamat selama beberapa dekad atau lebih lama.
Ini merupakan satu lagi kisah dalam siri yang mengkaji teknologi dan tindakan baharu yang boleh memperlahankan perubahan iklim, mengurangkan impaknya atau membantu komuniti menangani dunia yang pesat berubah.
Aktiviti yang membebaskan karbon dioksida (CO2), sejenis gas rumah hijau yang biasa, menyumbang kepada pemanasan atmosfera Bumi. Idea untuk mengekstrak CO2 dari udara dan menyimpannya bukanlah sesuatu yang baharu. Tetapi ia sukar untuk dilakukan, terutamanya apabila orang ramai mampu membelinya. Sistem baharu menyelesaikan masalah pencemaran CO2 dengan cara yang sedikit berbeza. Ia secara kimia menukarkan gas yang memanaskan iklim menjadi bahan api.
Pada 15 November, para penyelidik dari Institut Teknologi Massachusetts (MIT) di Cambridge menerbitkan hasil terobosan mereka dalam jurnal Cell Reports Physical Science.
Sistem baharu mereka dibahagikan kepada dua bahagian. Bahagian pertama melibatkan penukaran karbon dioksida dari udara kepada molekul yang dipanggil format untuk menghasilkan bahan api. Seperti karbon dioksida, format mengandungi satu atom karbon dan dua atom oksigen, serta satu atom hidrogen. Format juga mengandungi beberapa unsur lain. Kajian baharu ini menggunakan garam format, yang berasal daripada natrium atau kalium.
Kebanyakan sel bahan api menggunakan hidrogen, sejenis gas mudah terbakar yang memerlukan saluran paip dan tangki bertekanan untuk pengangkutan. Walau bagaimanapun, sel bahan api juga boleh menggunakan format. Format mempunyai kandungan tenaga yang setanding dengan hidrogen, menurut Li Ju, seorang saintis bahan yang mengetuai pembangunan sistem baharu itu. Format mempunyai beberapa kelebihan berbanding hidrogen, kata Li Ju. Ia lebih selamat dan tidak memerlukan penyimpanan tekanan tinggi.
Penyelidik di MIT mencipta sel bahan api untuk menguji format, yang mereka hasilkan daripada karbon dioksida. Pertama, mereka mencampurkan garam dengan air. Campuran itu kemudiannya dimasukkan ke dalam sel bahan api. Di dalam sel bahan api, format melepaskan elektron dalam tindak balas kimia. Elektron ini mengalir dari elektrod negatif sel bahan api ke elektrod positif, melengkapkan litar elektrik. Elektron yang mengalir ini—arus elektrik—hadir selama 200 jam semasa eksperimen.
Zhen Zhang, seorang saintis bahan yang bekerja dengan Li di MIT, optimis bahawa pasukannya akan dapat mengembangkan teknologi baharu ini dalam tempoh sedekad.
Pasukan penyelidikan MIT menggunakan kaedah kimia untuk menukar karbon dioksida menjadi bahan utama untuk pengeluaran bahan api. Pertama, mereka mendedahkannya kepada larutan yang sangat beralkali. Mereka memilih natrium hidroksida (NaOH), yang biasanya dikenali sebagai lye. Ini mencetuskan tindak balas kimia yang menghasilkan natrium bikarbonat (NaHCO3), yang lebih dikenali sebagai soda penaik.
Kemudian mereka menghidupkan kuasa. Arus elektrik mencetuskan tindak balas kimia baharu yang memecahkan setiap atom oksigen dalam molekul soda penaik, meninggalkan natrium format (NaCHO2). Sistem mereka menukarkan hampir semua karbon dalam CO2 — lebih daripada 96 peratus — menjadi garam ini.
Tenaga yang diperlukan untuk menyingkirkan oksigen disimpan dalam ikatan kimia format. Profesor Li menyatakan bahawa format boleh menyimpan tenaga ini selama beberapa dekad tanpa kehilangan tenaga keupayaan. Ia kemudian menjana elektrik apabila ia melalui sel bahan api. Jika elektrik yang digunakan untuk menghasilkan format berasal daripada kuasa solar, angin atau hidroelektrik, elektrik yang dijana oleh sel bahan api akan menjadi sumber tenaga bersih.
Untuk meningkatkan teknologi baharu ini, Lee berkata, “kita perlu mencari sumber geologi alkali yang kaya.” Beliau mengkaji sejenis batuan yang dipanggil basalt alkali (AL-kuh-lye buh-SALT). Apabila dicampurkan dengan air, batuan ini bertukar menjadi alkali.
Farzan Kazemifar ialah seorang jurutera di Universiti Negeri San Jose di California. Penyelidikannya tertumpu pada penyimpanan karbon dioksida dalam formasi garam bawah tanah. Penyingkiran karbon dioksida dari udara sentiasa sukar dan oleh itu mahal, katanya. Jadi, adalah menguntungkan untuk menukar CO2 kepada produk yang boleh digunakan seperti format. Kos produk tersebut boleh mengimbangi kos pengeluaran.
Terdapat banyak kajian tentang penangkapan karbon dioksida dari udara. Contohnya, satu pasukan saintis di Universiti Lehigh baru-baru ini menerangkan kaedah lain untuk menapis karbon dioksida dari udara dan menukarkannya kepada soda penaik. Kumpulan penyelidikan lain menyimpan CO2 dalam batuan khas, menukarkannya kepada karbon pepejal yang kemudiannya boleh diproses menjadi etanol, sejenis bahan api alkohol. Kebanyakan projek ini adalah berskala kecil dan masih belum memberi impak yang ketara dalam mengurangkan tahap karbon dioksida yang tinggi di udara.
Imej ini menunjukkan sebuah rumah yang menggunakan karbon dioksida. Peranti yang ditunjukkan di sini menukarkan karbon dioksida (molekul dalam buih merah dan putih) menjadi garam yang dipanggil format (buih biru, merah, putih dan hitam). Garam ini kemudiannya boleh digunakan dalam sel bahan api untuk menjana elektrik.
Kazemifar berkata pilihan terbaik kita adalah untuk “mengurangkan pelepasan gas rumah hijau terlebih dahulu.” Salah satu cara untuk melakukannya adalah dengan menggantikan bahan api fosil dengan sumber tenaga boleh diperbaharui seperti angin atau solar. Ini adalah sebahagian daripada peralihan yang dipanggil saintis sebagai “penyahkarbonan.” Tetapi beliau menambah bahawa menghentikan perubahan iklim memerlukan pendekatan pelbagai rupa. Teknologi baharu ini diperlukan untuk menangkap karbon di kawasan yang sukar untuk dinyahkarbonkan, katanya. Ambil kilang keluli dan kilang simen, untuk menamakan dua contoh.
Pasukan MIT juga melihat manfaat dalam menggabungkan teknologi baharu mereka dengan kuasa solar dan angin. Bateri tradisional direka bentuk untuk menyimpan tenaga selama berminggu-minggu pada satu masa. Menyimpan cahaya matahari musim panas hingga musim sejuk atau lebih lama memerlukan pendekatan yang berbeza. “Dengan bahan api format,” kata Lee, anda tidak lagi terhad kepada penyimpanan bermusim. “Ia mungkin bersifat generasi.”
Ia mungkin tidak berkilauan seperti emas, tetapi “Saya boleh meninggalkan 200 tan… format kepada anak-anak lelaki dan perempuan saya,” kata Lee, “sebagai pusaka.”
Alkali: Kata sifat yang menggambarkan bahan kimia yang membentuk ion hidroksida (OH-) dalam larutan. Larutan ini juga dipanggil alkali (berbanding berasid) dan mempunyai pH lebih besar daripada 7.
Akuifer: Formasi batuan yang mampu menampung takungan air bawah tanah. Istilah ini juga terpakai kepada lembangan bawah permukaan.
Basalt: Batu gunung berapi hitam yang biasanya sangat padat (melainkan letusan gunung berapi meninggalkan poket gas yang besar di dalamnya).
ikatan: (dalam kimia) sambungan separa kekal antara atom (atau kumpulan atom) dalam molekul. Ia dibentuk oleh daya tarikan antara atom yang terlibat. Sebaik sahaja ikatan terbentuk, atom berfungsi sebagai satu unit. Untuk memisahkan atom penyusun, tenaga dalam bentuk haba atau sinaran lain mesti dibekalkan kepada molekul.
Karbon: Unsur kimia yang merupakan asas fizikal semua kehidupan di Bumi. Karbon wujud secara bebas dalam bentuk grafit dan berlian. Ia merupakan komponen penting dalam arang batu, batu kapur dan petroleum, dan mampu bergabung secara kimia untuk membentuk pelbagai molekul yang bernilai kimia, biologi dan komersial. (Dalam penyelidikan iklim) Istilah karbon kadangkala digunakan secara bergantian dengan karbon dioksida untuk merujuk kepada potensi kesan yang mungkin disebabkan oleh tindakan, produk, dasar atau proses terhadap pemanasan atmosfera jangka panjang.
Karbon dioksida: (atau CO2) ialah gas tidak berwarna dan tidak berbau yang dihasilkan oleh semua haiwan apabila oksigen yang mereka hirup bertindak balas dengan makanan kaya karbon yang mereka makan. Karbon dioksida juga dibebaskan apabila bahan organik, termasuk bahan api fosil seperti minyak atau gas asli, dibakar. Karbon dioksida ialah gas rumah hijau yang memerangkap haba di atmosfera Bumi. Tumbuhan menukar karbon dioksida menjadi oksigen melalui fotosintesis dan menggunakan proses ini untuk membuat makanan mereka sendiri.
Simen: Bahan pengikat yang digunakan untuk mengikat dua bahan bersama, menyebabkannya mengeras menjadi pepejal, atau gam tebal yang digunakan untuk mengikat dua bahan bersama. (Pembinaan) Bahan yang dikisar halus yang digunakan untuk mengikat pasir atau batu hancur bersama untuk membentuk konkrit. Simen biasanya dibuat sebagai serbuk. Tetapi setelah basah, ia berubah menjadi buburan berlumpur yang mengeras apabila kering.
Kimia: Bahan yang terdiri daripada dua atau lebih atom yang digabungkan (terikat) dalam perkadaran dan struktur yang tetap. Contohnya, air ialah bahan kimia yang terdiri daripada dua atom hidrogen yang terikat kepada satu atom oksigen. Formula kimianya ialah H2O. "Bahan kimia" juga boleh digunakan sebagai kata adjektif untuk menggambarkan sifat-sifat bahan yang terhasil daripada pelbagai tindak balas antara sebatian yang berbeza.
Ikatan kimia: Daya tarikan antara atom yang cukup kuat untuk menyebabkan unsur-unsur yang terikat berfungsi sebagai satu unit. Sesetengah tarikan lemah, yang lain kuat. Semua ikatan kelihatan menghubungkan atom dengan berkongsi (atau cuba berkongsi) elektron.
Tindak balas kimia: Satu proses yang melibatkan penyusunan semula molekul atau struktur sesuatu bahan dan bukannya perubahan bentuk fizikal (contohnya, daripada pepejal kepada gas).
Kimia: cabang sains yang mengkaji komposisi, struktur, sifat dan interaksi bahan. Saintis menggunakan pengetahuan ini untuk mengkaji bahan yang tidak dikenali, menghasilkan semula bahan berguna dalam kuantiti yang banyak atau mereka bentuk dan mencipta bahan berguna yang baharu. (sebatian kimia) Kimia juga merujuk kepada formula sebatian, kaedah penyediaannya atau sebahagian daripada sifatnya. Orang yang bekerja dalam bidang ini dipanggil ahli kimia. (dalam sains sosial) keupayaan orang ramai untuk bekerjasama, bergaul dan menikmati masa bersama antara satu sama lain.
Perubahan iklim: Perubahan iklim Bumi yang ketara dan jangka panjang. Ini boleh berlaku secara semula jadi atau akibat aktiviti manusia, termasuk pembakaran bahan api fosil dan penebangan hutan.
Penyahkarbonan: merujuk kepada peralihan yang disengajakan daripada teknologi, aktiviti dan sumber tenaga yang mencemarkan yang mengeluarkan gas rumah hijau berasaskan karbon, seperti karbon dioksida dan metana, ke atmosfera. Matlamatnya adalah untuk mengurangkan jumlah gas karbon yang menyumbang kepada perubahan iklim.
Elektrik: Aliran cas elektrik, biasanya terhasil daripada pergerakan zarah bercas negatif yang dipanggil elektron.
Elektron: zarah bercas negatif yang biasanya mengorbit kawasan luar atom; ia juga merupakan pembawa elektrik dalam pepejal.
Jurutera: Seseorang yang menggunakan sains dan matematik untuk menyelesaikan masalah. Apabila digunakan sebagai kata kerja, perkataan jurutera merujuk kepada mereka bentuk peranti, bahan atau proses untuk menyelesaikan masalah atau keperluan yang tidak dipenuhi.
Etanol: Alkohol, juga dipanggil etil alkohol, yang merupakan asas untuk minuman beralkohol seperti bir, wain dan minuman keras. Ia juga digunakan sebagai pelarut dan bahan api (contohnya, sering dicampur dengan petrol).
Penapis: (n.) Sesuatu yang membenarkan beberapa bahan melalui dan yang lain melalui, bergantung pada saiz atau ciri-ciri lain. (v.) Proses pemilihan bahan tertentu berdasarkan sifat seperti saiz, ketumpatan, cas, dsb. (dalam fizik) Skrin, plat atau lapisan bahan yang menyerap cahaya atau sinaran lain atau secara selektif menghalang beberapa komponennya daripada melalui.
Format: Istilah umum untuk garam atau ester asid formik, iaitu bentuk asid lemak yang teroksida. (Ester ialah sebatian berasaskan karbon yang terbentuk dengan menggantikan atom hidrogen asid tertentu dengan jenis kumpulan organik tertentu. Banyak lemak dan minyak pati merupakan ester asid lemak yang berlaku secara semula jadi.)
Bahan api fosil: Sebarang bahan api, seperti arang batu, petroleum (minyak mentah), atau gas asli, yang terbentuk selama berjuta-juta tahun di dalam Bumi daripada sisa-sisa bakteria, tumbuhan atau haiwan yang mereput.
Bahan Api: Sebarang bahan yang membebaskan tenaga melalui tindak balas kimia atau nuklear yang terkawal. Bahan api fosil (arang batu, gas asli dan minyak) ialah bahan api biasa yang membebaskan tenaga melalui tindak balas kimia apabila dipanaskan (biasanya sehingga pembakaran).
Sel bahan api: Peranti yang menukarkan tenaga kimia kepada tenaga elektrik. Bahan api yang paling biasa ialah hidrogen, yang satu-satunya hasil sampingannya ialah wap air.
Geologi: Kata adjektif yang menggambarkan segala-galanya yang berkaitan dengan struktur fizikal Bumi, bahan-bahannya, sejarah dan proses yang berlaku di atasnya. Orang yang bekerja dalam bidang ini dipanggil ahli geologi.
Pemanasan global: Peningkatan suhu keseluruhan atmosfera Bumi secara beransur-ansur akibat kesan rumah hijau. Kesannya disebabkan oleh peningkatan tahap karbon dioksida, klorofluorokarbon dan gas lain di udara, yang kebanyakannya dipancarkan oleh aktiviti manusia.
Hidrogen: Unsur paling ringan di alam semesta. Sebagai gas, ia tidak berwarna, tidak berbau, dan sangat mudah terbakar. Ia merupakan komponen bagi banyak bahan api, lemak, dan bahan kimia yang membentuk tisu hidup. Ia terdiri daripada proton (nukleus) dan elektron yang mengorbitnya.
Inovasi: (v. berinovasi; adj. berinovasi) Pelarasan atau penambahbaikan pada idea, proses atau produk sedia ada untuk menjadikannya lebih baharu, lebih pintar, lebih cekap atau lebih berguna.
Lye: Nama umum untuk larutan natrium hidroksida (NaOH). Lye sering dicampurkan dengan minyak sayuran atau lemak haiwan dan bahan-bahan lain untuk membuat sabun bar.
Saintis bahan: Seorang penyelidik yang mengkaji hubungan antara struktur atom dan molekul sesuatu bahan dan sifat keseluruhannya. Saintis bahan boleh membangunkan bahan baharu atau menganalisis bahan sedia ada. Menganalisis sifat keseluruhan bahan, seperti ketumpatan, kekuatan dan takat lebur, boleh membantu jurutera dan penyelidik lain memilih bahan terbaik untuk aplikasi baharu.
Molekul: Sekumpulan atom neutral elektrik yang mewakili jumlah terkecil yang mungkin bagi sebatian kimia. Molekul boleh terdiri daripada satu jenis atom atau pelbagai jenis atom. Contohnya, oksigen dalam udara terdiri daripada dua atom oksigen (O2), dan air terdiri daripada dua atom hidrogen dan satu atom oksigen (H2O).
Pencemar: Bahan yang mencemari sesuatu, seperti udara, air, manusia atau makanan. Sesetengah pencemar adalah bahan kimia, seperti racun perosak. Pencemar lain boleh jadi radiasi, termasuk haba atau cahaya yang berlebihan. Malah rumpai dan spesies invasif lain boleh dianggap sebagai satu bentuk biofouling.
Mujarab: Kata sifat yang merujuk kepada sesuatu yang sangat kuat atau berkuasa (seperti kuman, racun, ubat atau asid).
Boleh diperbaharui: Kata adjektif yang merujuk kepada sumber yang boleh digantikan selama-lamanya (seperti air, tumbuhan hijau, cahaya matahari dan angin). Ini berbeza dengan sumber yang tidak boleh diperbaharui, yang mempunyai bekalan terhad dan boleh berkurangan secara berkesan. Sumber yang tidak boleh diperbaharui termasuk minyak (dan bahan api fosil lain) atau unsur dan mineral yang agak jarang ditemui.