Nav šaubu, ka klimata pārmaiņas ir ļoti nopietna (un arvien pieaugoša) problēma. Saskaņā ar Klimata pārmaiņu starpvaldību padomes (IPCC) neseno ziņojumu, pat ja visas pasaules rūpnieciski attīstītās valstis nakti kļūtu par oglekļa neitrālu, problēma turpinātu saasināties. Īsāk sakot, ar to nepietiek, lai pārtrauktu sūknēt megatonus CO2 atmosfērā; mums arī jāsāk noņemt to, ko mēs jau esam tur ielikuši.
Šeit tiek izmantota tehnika, kas pazīstama kā oglekļa uztveršana (vai oglekļa noņemšana). Ņemot vērā norādi no dabas, starptautiskā pētnieku komanda no Vaterlo Universitātes Ontario ir izveidojuši “mākslīgu lapu”, kas imitē reālās lietas oglekļa tīrīšanas spējas. Bet tā vietā, lai pagrieztu atmosfēras CO2 pats par sevi kļūstot par degvielas avotu, lapa to pārveido par noderīgu alternatīvu degvielu.
Komandas pētījums tika aprakstīts rakstā, kas nesen parādījās žurnālā Dabas enerģija. Komandu vadīja Jimins A. Vu, pētnieks Argonnas Nacionālās laboratorijas (ANL) Ilinoisas Nacionālās mēroga materiālu centrā un inženieru profesors no Vaterlo Nanotehnoloģijas institūta (WIN). Viņam pievienojās abu iestāžu, kā arī Kalifornijas štata universitātes (Nortridža) un Honkongas pilsētas universitātes pētnieki.
Dabā zaļie augi pārveido atmosfēras CO2 un ūdens fotosintēzes procesā nonāk glikozē un skābeklī. Tas ir iespējams, pateicoties pigmenta hlorofilam, kas absorbē Sauli no saules vairākos viļņu garumos (violeti zilā un oranžsarkanā krāsā), lai pastiprinātu ķīmiskās reakcijas. Pēc tam augi glikozi izmanto kā kurināmā avotu, kamēr izdalās skābekļa gāze.
Kā skaidroja Wu, viņš un viņa komanda izmantoja to pašu ideju, lai izstrādātu to mākslīgās lapas, kas balstās uz ļoti līdzīgu procesu, bet ražo dažādus gala produktus. "Mēs to saucam par mākslīgu lapu, jo tā atdarina īstas lapas un fotosintēzes procesu," viņš teica. “Lapa ražo glikozi un skābekli. Mēs ražojam metanolu un skābekli. ”
Procesa atslēga (pie kuras Wu un viņa kolēģi strādā kopš 2015. gada) ir vara oksīds - lēts sarkans pulveris, kas ķīmiski izveidots tā, lai tajā būtu pēc iespējas vairāk astoņpusēju daļiņu. Šis pulveris tiek izveidots ķīmiskās reakcijas laikā, kad ūdenim, kas ir uzkarsēts līdz noteiktai temperatūrai, pievieno glikozi, vara acetātu, nātrija hidroksīdu un nātrija dodecilsulfātu.
Pēc tam pulveri pievieno ūdenim, kur tas kalpo par katalizatoru, jo tajā tiek iesūknēts oglekļa dioksīds, un saules enerģijas simulators šķīdumā iespiež baltas gaismas staru. Iegūtās ķīmiskās reakcijas laikā veidojas skābekļa gāze (caur fotosintēzi), kamēr CO2, ūdeni un pulvera šķīdumu pārvērš metanolā. Tā kā metanolā ir zemāks viršanas punkts nekā ūdenī, šķīdumu uzkarsē un metanolu savāc, iztvaikojot.
Šis process atspoguļo līdzīgus pētījumus, kas tiek veikti Kembridžas universitātē Lielbritānijā, kur pētnieki ir izstrādājuši ierīci, kas saules gaismas un kobalta gaismas absorbētāju radīto fotosintēzi izmanto ūdens un CO pārvēršanai.2 gāze singāzē. Šī viela ir izgatavota no ūdeņraža un oglekļa monoksīda maisījuma un tiek izmantota alternatīvu degvielu, farmācijas, plastmasas un mēslošanas līdzekļu ražošanā.
Tas ir līdzīgs arī “mākslīgā koka” koncepcijai, ko izstrādājis Klauss Lakners, Kolumbijas universitātes Ilgtspējīgas enerģijas centra Lenfest direktors. Gadu atpakaļ Lackner ierosināja metodi, kur “koki” ar plastmasas sveķiem pārklātām lapām varētu noņemt pat 100 reizes vairāk nekā CO2 no gaisa kā dabiski koki. Kad lapas ir samērcējušas tik daudz oglekļa dioksīda, cik iespējams, tās ievieto ūdenī, lai izveidotu biodegvielu.
Šāds process ir aizraujošs divu iemeslu dēļ. Pirmkārt, oglekļa dioksīda (galvenā globālās sasilšanas veicinātāja) noņemšana no atmosfēras palīdzēs palēnināt klimata izmaiņas. Otrkārt, iegūtā alternatīvā degviela ļaus cilvēkiem turpināt paļauties uz neelektriskiem automobiļiem, tādējādi dodot mums vairāk laika, lai pārietu uz oglekļa neitrālu dzīvi. Vai kā Wu pa e-pastu teica Space Magazine:
“Paredzams, ka šī tehnoloģija samazinās CO2 naftas uzņēmumu, automobiļu un tērauda ražošanas uzņēmumu radītās emisijas. Tas var arī nodrošināt tīru un ilgtspējīgu degvielu, metanolu, transportlīdzekļiem un gaisa kuģiem. Metanols ir arī izejviela ķīmiskajā rūpniecībā plastmasu un šķiedru ražošanā. Tas nodrošina risinājumu CO2 izmešu samazināšanai un ilgtspējīgas degvielas ražošanai videi draudzīgai ekonomikai. ”
Nākotnē tiks veikti papildu pasākumi, lai palielinātu metanola daudzumu un patentētā procesa komercializāciju, lai to varētu izmantot rūpnieciskiem mērķiem. "Esmu ārkārtīgi satraukts par šī atklājuma potenciālu mainīt spēli," piebilda Vu. “Klimata izmaiņas ir steidzama problēma, un mēs varam palīdzēt samazināt CO2 radot arī alternatīvu degvielu. ”
