Viwanda vya saruji kama kile kinachoonyeshwa hapa ni chanzo kikuu cha kaboni dioksidi inayoongeza joto la hali ya hewa. Lakini baadhi ya vichafuzi hivi vinaweza kubadilishwa kuwa aina mpya ya mafuta. Chumvi hii inaweza kuhifadhiwa kwa usalama kwa miongo kadhaa au zaidi.
Hii ni hadithi nyingine katika mfululizo inayoangalia teknolojia na vitendo vipya vinavyoweza kupunguza kasi ya mabadiliko ya tabianchi, kupunguza athari zake, au kusaidia jamii kukabiliana na ulimwengu unaobadilika haraka.
Shughuli zinazotoa kaboni dioksidi (CO2), gesi chafu ya kawaida, huchangia katika kupasha joto angahewa ya Dunia. Wazo la kutoa CO2 kutoka hewani na kuihifadhi si jipya. Lakini ni vigumu kufanya hivyo, hasa wakati watu wanaweza kumudu. Mfumo mpya hutatua tatizo la uchafuzi wa CO2 kwa njia tofauti kidogo. Hubadilisha gesi inayoongeza joto la hali ya hewa kuwa mafuta kwa njia ya kemikali.
Mnamo Novemba 15, watafiti kutoka Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts (MIT) huko Cambridge walichapisha matokeo yao ya kuvutia katika jarida la Cell Reports Physical Science.
Mfumo wao mpya umegawanywa katika sehemu mbili. Sehemu ya kwanza inahusisha kubadilisha kaboni dioksidi kutoka hewani kuwa molekuli inayoitwa formate ili kutoa mafuta. Kama vile kaboni dioksidi, formate ina atomi moja ya kaboni na atomi mbili za oksijeni, pamoja na atomi moja ya hidrojeni. Formate pia ina elementi zingine kadhaa. Utafiti mpya ulitumia chumvi ya formate, ambayo inatokana na sodiamu au potasiamu.
Seli nyingi za mafuta huendeshwa na hidrojeni, gesi inayoweza kuwaka ambayo inahitaji mabomba na matangi yenye shinikizo kusafirishwa. Hata hivyo, seli za mafuta zinaweza pia kutumika kwenye formate. Formate ina kiwango cha nishati kinacholingana na hidrojeni, kulingana na Li Ju, mwanasayansi wa vifaa aliyeongoza maendeleo ya mfumo mpya. Formate ina faida kadhaa kuliko hidrojeni, Li Ju alibainisha. Ni salama zaidi na haihitaji hifadhi ya shinikizo kubwa.
Watafiti katika MIT waliunda seli ya mafuta ili kujaribu umbo, ambalo huzalisha kutokana na kaboni dioksidi. Kwanza, walichanganya chumvi na maji. Mchanganyiko huo kisha uliingizwa kwenye seli ya mafuta. Ndani ya seli ya mafuta, fomu hiyo ilitoa elektroni katika mmenyuko wa kemikali. Elektroni hizi zilitiririka kutoka kwa elektrodi hasi ya seli ya mafuta hadi elektrodi chanya, na kukamilisha mzunguko wa umeme. Elektroni hizi zinazotiririka—mkondo wa umeme—zilikuwepo kwa saa 200 wakati wa jaribio.
Zhen Zhang, mwanasayansi wa vifaa anayefanya kazi na Li huko MIT, ana matumaini kwamba timu yake itaweza kupanua teknolojia mpya ndani ya muongo mmoja.
Timu ya utafiti ya MIT ilitumia mbinu ya kemikali kubadilisha kaboni dioksidi kuwa kiungo muhimu cha uzalishaji wa mafuta. Kwanza, waliiweka kwenye myeyusho wenye alkali nyingi. Walichagua hidroksidi ya sodiamu (NaOH), inayojulikana kama lye. Hii husababisha mmenyuko wa kemikali ambao hutoa bicarbonate ya sodiamu (NaHCO3), inayojulikana zaidi kama soda ya kuoka.
Kisha waliwasha umeme. Mkondo wa umeme ulisababisha mmenyuko mpya wa kemikali uliogawanya kila atomi ya oksijeni kwenye molekuli ya soda ya kuoka, na kuacha sodiamu ya formate (NaCHO2). Mfumo wao ulibadilisha karibu kaboni yote katika CO2 — zaidi ya asilimia 96 — kuwa chumvi hii.
Nishati inayohitajika kuondoa oksijeni huhifadhiwa katika vifungo vya kemikali vya formate. Profesa Li alibainisha kuwa formate inaweza kuhifadhi nishati hii kwa miongo kadhaa bila kupoteza nishati inayowezekana. Kisha hutoa umeme inapopita kwenye seli ya mafuta. Ikiwa umeme unaotumika kutengeneza formate unatokana na nishati ya jua, upepo au umeme wa maji, umeme unaozalishwa na seli ya mafuta utakuwa chanzo safi cha nishati.
Ili kuongeza teknolojia mpya, Lee alisema, "tunahitaji kupata rasilimali nyingi za kijiolojia za lye." Alisoma aina ya mwamba unaoitwa alkali basalt (AL-kuh-lye buh-SALT). Inapochanganywa na maji, mawe haya hubadilika kuwa lye.
Farzan Kazemifar ni mhandisi katika Chuo Kikuu cha Jimbo la San Jose huko California. Utafiti wake unazingatia kuhifadhi kaboni dioksidi katika miundo ya chumvi chini ya ardhi. Kuondoa kaboni dioksidi kutoka hewani kumekuwa vigumu na kwa hivyo ni ghali, anasema. Kwa hivyo ni faida kubadilisha CO2 kuwa bidhaa zinazoweza kutumika kama vile formate. Gharama ya bidhaa inaweza kufidia gharama ya uzalishaji.
Kumekuwa na utafiti mwingi kuhusu kukamata kaboni dioksidi kutoka hewani. Kwa mfano, timu ya wanasayansi katika Chuo Kikuu cha Lehigh hivi karibuni ilielezea njia nyingine ya kuchuja kaboni dioksidi kutoka hewani na kuibadilisha kuwa soda ya kuoka. Vikundi vingine vya utafiti vinahifadhi CO2 katika miamba maalum, na kuibadilisha kuwa kaboni ngumu ambayo inaweza kusindikwa kuwa ethanoli, mafuta ya pombe. Miradi mingi kati ya hii ni midogo na bado haijawa na athari kubwa katika kupunguza viwango vya juu vya kaboni dioksidi hewani.
Picha hii inaonyesha nyumba inayoendeshwa na kaboni dioksidi. Kifaa kinachoonyeshwa hapa hubadilisha kaboni dioksidi (molekuli zilizo kwenye viputo vyekundu na vyeupe) kuwa chumvi inayoitwa formate (viputo vya bluu, nyekundu, nyeupe, na nyeusi). Chumvi hii inaweza kutumika katika seli ya mafuta ili kuzalisha umeme.
Kazemifar alisema chaguo letu bora ni "kupunguza uzalishaji wa gesi chafu kwanza." Njia moja ya kufanya hivyo ni kubadilisha mafuta ya visukuku na vyanzo vya nishati mbadala kama vile upepo au jua. Hii ni sehemu ya mpito ambayo wanasayansi wanaiita "kuondoa kaboni." Lakini aliongeza kuwa kuzuia mabadiliko ya hali ya hewa kutahitaji mbinu yenye pande nyingi. Teknolojia hii mpya inahitajika ili kunasa kaboni katika maeneo ambayo ni vigumu kuondoa kaboni, alisema. Chukua viwanda vya chuma na saruji, kutaja mifano miwili.
Timu ya MIT pia inaona faida katika kuchanganya teknolojia yao mpya na nishati ya jua na upepo. Betri za kitamaduni zimeundwa kuhifadhi nishati kwa wiki kadhaa. Kuhifadhi mwanga wa jua wa majira ya joto wakati wa baridi au zaidi kunahitaji mbinu tofauti. "Kwa mafuta ya formate," Lee alisema, huna kikomo tena hata cha kuhifadhi msimu. "Inaweza kuwa ya kizazi."
Huenda ising'ae kama dhahabu, lakini "Ninaweza kuwaachia wanangu na binti zangu tani 200 ... za formate," Lee alisema, "kama urithi."
Alkali: Kivumishi kinachoelezea dutu ya kemikali inayounda ioni za hidroksidi (OH-) katika myeyusho. Miyeyusho hii pia huitwa alkali (tofauti na asidi) na ina pH kubwa kuliko 7.
Chemichemi: Uundaji wa mwamba unaoweza kuhifadhi mabwawa ya maji chini ya ardhi. Neno hili pia linatumika kwa mabonde ya chini ya ardhi.
Basalt: Mwamba mweusi wa volkeno ambao kwa kawaida huwa mzito sana (isipokuwa mlipuko wa volkeno ukiwa umeacha mifuko mikubwa ya gesi ndani yake).
dhamana: (katika kemia) muunganisho wa nusu-kudumu kati ya atomi (au vikundi vya atomi) katika molekuli. Huundwa na nguvu za kuvutia kati ya atomi zinazoshiriki. Mara tu vifungo vinapoundwa, atomi hufanya kazi kama kitengo. Ili kutenganisha atomi zinazounda, nishati katika mfumo wa joto au mionzi mingine lazima itolewe kwa molekuli.
Kaboni: Kipengele cha kemikali ambacho ni msingi wa kimwili wa maisha yote Duniani. Kaboni inapatikana kwa uhuru katika mfumo wa grafiti na almasi. Ni sehemu muhimu ya makaa ya mawe, chokaa, na petroli, na ina uwezo wa kujihusisha na kemikali ili kuunda aina mbalimbali za molekuli zenye thamani ya kemikali, kibiolojia, na kibiashara. (Katika utafiti wa hali ya hewa) Neno kaboni wakati mwingine hutumika karibu kwa kubadilishana na kaboni dioksidi kurejelea athari inayowezekana ambayo kitendo, bidhaa, sera, au mchakato unaweza kuwa nayo kwenye ongezeko la joto la muda mrefu la angahewa.
Dioksidi kaboni: (au CO2) ni gesi isiyo na rangi, isiyo na harufu inayozalishwa na wanyama wote wakati oksijeni wanayopumua inapogusana na chakula chenye kaboni nyingi wanachokula. Dioksidi kaboni pia hutolewa wakati vitu vya kikaboni, ikiwa ni pamoja na mafuta ya visukuku kama vile mafuta au gesi asilia, vinapochomwa. Dioksidi kaboni ni gesi ya chafu inayohifadhi joto katika angahewa ya Dunia. Mimea hubadilisha dioksidi kaboni kuwa oksijeni kupitia usanisinuru na hutumia mchakato huu kutengeneza chakula chao wenyewe.
Saruji: Kifungashio kinachotumika kushikilia vifaa viwili pamoja, na kusababisha vikauke kuwa gundi ngumu, au gundi nene inayotumika kushikilia vifaa viwili pamoja. (Ujenzi) Nyenzo iliyosagwa vizuri inayotumika kuunganisha mchanga au mwamba uliosagwa pamoja ili kuunda zege. Saruji kwa kawaida hutengenezwa kama unga. Lakini ikilowa, hubadilika kuwa tope la matope ambalo huganda linapokauka.
Kemikali: Dutu inayoundwa na atomi mbili au zaidi zilizounganishwa (zilizounganishwa) katika uwiano na muundo usiobadilika. Kwa mfano, maji ni dutu ya kemikali inayoundwa na atomi mbili za hidrojeni zilizounganishwa na atomi moja ya oksijeni. Fomula yake ya kemikali ni H2O. "Kemikali" inaweza pia kutumika kama kivumishi kuelezea sifa za dutu inayotokana na athari mbalimbali kati ya misombo tofauti.
Kifungo cha kemikali: Nguvu ya mvuto kati ya atomi ambayo ina nguvu ya kutosha kusababisha elementi zilizounganishwa kufanya kazi kama kitengo. Baadhi ya vivutio ni dhaifu, vingine ni vikali. Vifungo vyote vinaonekana kuunganisha atomi kwa kushiriki (au kujaribu kushiriki) elektroni.
Mmenyuko wa kikemikali: Mchakato unaohusisha upangaji upya wa molekuli au miundo ya dutu badala ya mabadiliko katika umbo la kimwili (km, kutoka kwa imara hadi gesi).
Kemia: tawi la sayansi linalochunguza muundo, muundo, sifa, na mwingiliano wa vitu. Wanasayansi hutumia maarifa haya kusoma vitu visivyojulikana, kuzalisha vitu muhimu kwa wingi, au kubuni na kuunda vitu vipya muhimu. (ya misombo ya kemikali) Kemia pia inarejelea fomula ya misombo, njia ambayo huandaliwa, au baadhi ya sifa zake. Watu wanaofanya kazi katika uwanja huu huitwa wanakemia. (katika sayansi ya kijamii) uwezo wa watu kushirikiana, kuelewana, na kufurahia kuwa pamoja.
Mabadiliko ya tabianchi: Mabadiliko makubwa na ya muda mrefu katika hali ya hewa ya Dunia. Hili linaweza kutokea kiasili au kutokana na shughuli za binadamu, ikiwa ni pamoja na kuchoma mafuta ya visukuku na kukata misitu.
Kuondoa kaboni: hurejelea mabadiliko ya kimakusudi kutoka kwa teknolojia, shughuli, na vyanzo vya nishati vinavyochafua mazingira vinavyotoa gesi chafu zinazotokana na kaboni, kama vile kaboni dioksidi na methane, kwenye angahewa. Lengo ni kupunguza kiasi cha gesi za kaboni zinazochangia mabadiliko ya hali ya hewa.
Umeme: Mtiririko wa chaji ya umeme, kwa kawaida hutokana na mwendo wa chembe zenye chaji hasi zinazoitwa elektroni.
Elektroni: chembe yenye chaji hasi ambayo kwa kawaida huzunguka eneo la nje la atomi; pia ni kibebaji cha umeme katika vitu vikali.
Mhandisi: Mtu anayetumia sayansi na hisabati kutatua matatizo. Linapotumika kama kitenzi, neno mhandisi linamaanisha kubuni kifaa, nyenzo, au mchakato wa kutatua tatizo au hitaji ambalo halijatimizwa.
Ethanoli: Pombe, pia huitwa ethyl alcohol, ambayo ndiyo msingi wa vinywaji vyenye pombe kama vile bia, divai, na pombe kali. Pia hutumika kama kiyeyusho na mafuta (kwa mfano, mara nyingi huchanganywa na petroli).
Kichujio: (n.) Kitu kinachoruhusu baadhi ya vifaa kupita na vingine kupita, kulingana na ukubwa wake au sifa zingine. (v.) Mchakato wa kuchagua vitu fulani kulingana na sifa kama vile ukubwa, msongamano, chaji, n.k. (katika fizikia) Skrini, bamba, au safu ya dutu inayofyonza mwanga au mionzi mingine au kwa hiari huzuia baadhi ya vipengele vyake kupita.
Fomu: Neno la jumla la chumvi au esta za asidi ya fomi, aina ya asidi ya mafuta iliyooksidishwa. (Esta ni kiwanja kinachotokana na kaboni kinachoundwa kwa kubadilisha atomi za hidrojeni za asidi fulani na aina fulani za vikundi vya kikaboni. Mafuta mengi na mafuta muhimu ni esta za asili za asidi ya mafuta.)
Mafuta ya visukuku: Nishati yoyote, kama vile makaa ya mawe, mafuta ya petroli (mafuta ghafi), au gesi asilia, ambayo iliundwa kwa mamilioni ya miaka ndani ya Dunia kutokana na mabaki ya bakteria, mimea, au wanyama yanayooza.
Mafuta: Dutu yoyote inayotoa nishati kupitia mmenyuko wa kemikali au nyuklia unaodhibitiwa. Mafuta ya visukuku (makaa ya mawe, gesi asilia, na mafuta) ni mafuta ya kawaida ambayo hutoa nishati kupitia mmenyuko wa kemikali yanapopashwa joto (kawaida hadi kufikia kiwango cha mwako).
Seli ya mafuta: Kifaa kinachobadilisha nishati ya kemikali kuwa nishati ya umeme. Mafuta ya kawaida ni hidrojeni, ambayo bidhaa yake pekee ni mvuke wa maji.
Jiolojia: Kivumishi kinachoelezea kila kitu kinachohusiana na muundo wa kimwili wa Dunia, nyenzo zake, historia, na michakato inayotokea juu yake. Watu wanaofanya kazi katika uwanja huu huitwa wanajiolojia.
Ongezeko la joto duniani: Ongezeko la polepole la halijoto ya jumla ya angahewa ya Dunia kutokana na athari ya chafu. Athari hiyo husababishwa na viwango vinavyoongezeka vya kaboni dioksidi, klorofluorokaboni, na gesi zingine angani, ambazo nyingi hutolewa na shughuli za binadamu.
Hidrojeni: Kipengele chepesi zaidi katika ulimwengu. Kama gesi, haina rangi, haina harufu, na inaweza kuwaka sana. Ni sehemu ya nishati nyingi, mafuta, na kemikali zinazounda tishu hai. Ina protoni (kiini) na elektroni inayoizunguka.
Ubunifu: (v. kuvumbua; kiambatisho cha kuvumbua) Marekebisho au uboreshaji wa wazo, mchakato, au bidhaa iliyopo ili kuifanya iwe mpya zaidi, nadhifu, yenye ufanisi zaidi, au yenye manufaa zaidi.
Lye: Jina la jumla la myeyusho wa sodiamu hidroksidi (NaOH). Lye mara nyingi huchanganywa na mafuta ya mboga au mafuta ya wanyama na viungo vingine kutengeneza sabuni ya baa.
Mwanasayansi wa nyenzo: Mtafiti anayesoma uhusiano kati ya muundo wa atomiki na molekuli wa nyenzo na sifa zake kwa ujumla. Wanasayansi wa nyenzo wanaweza kutengeneza nyenzo mpya au kuchambua zilizopo. Kuchambua sifa za jumla za nyenzo, kama vile msongamano, nguvu, na kiwango cha kuyeyuka, kunaweza kuwasaidia wahandisi na watafiti wengine kuchagua nyenzo bora kwa matumizi mapya.
Molekuli: Kundi la atomi zisizo na upande wowote wa kielektroniki zinazowakilisha kiasi kidogo zaidi cha kiwanja cha kemikali. Molekuli zinaweza kutengenezwa kwa aina moja ya atomi au aina tofauti za atomi. Kwa mfano, oksijeni hewani imeundwa kwa atomi mbili za oksijeni (O2), na maji imeundwa kwa atomi mbili za hidrojeni na atomi moja ya oksijeni (H2O).
Uchafuzi: Dutu inayochafua kitu, kama vile hewa, maji, watu, au chakula. Baadhi ya uchafuzi ni kemikali, kama vile dawa za kuulia wadudu. Uchafuzi mwingine unaweza kuwa mionzi, ikiwa ni pamoja na joto kali au mwanga. Hata magugu na spishi zingine vamizi zinaweza kuchukuliwa kama aina ya uchafuzi wa kibiolojia.
Nguvu: Kivumishi kinachorejelea kitu chenye nguvu au nguvu nyingi (kama vile kijidudu, sumu, dawa, au asidi).
Inaweza Kurejeshwa: Kivumishi kinachorejelea rasilimali ambayo inaweza kubadilishwa kwa muda usiojulikana (kama vile maji, mimea ya kijani kibichi, mwanga wa jua, na upepo). Hii inatofautiana na rasilimali zisizorejeshwa, ambazo zina ugavi mdogo na zinaweza kuisha kwa ufanisi. Rasilimali zisizorejeshwa ni pamoja na mafuta (na mafuta mengine ya visukuku) au elementi na madini adimu kiasi.