We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
Ar aliciklobacilos, ypač gaminančios gvajakolį, vis dar gamina anglies dioksidą? Alicyclobacillus spp. yra gerai žinomi gendantys organizmai vaisių sulčių pramonėje. Matyt, nėra pakuotės „supūtimo“ (dažnai tai sukelia anglies dioksido gamyba), todėl sunku aiškiai aptikti galimą užterštumą. Taigi kyla klausimas, ar aliciklobacilai iš viso gamina anglies dioksidą?
Aliciklobacilai yra griežtai aerobiniai, todėl paima deguonį ir išskiria anglies dioksidą, priešingai nei (fakultatyvinės) anaerobinės mielės ir bacilos, kurios paprastai sukelia gedimą. Taigi taip, aliciklobakterijos gamina CO2. Bet kodėl pakuotė neišsipučia? Palyginkite dujų molekulių skaičių paprasčiausiose aerobinio ir anaerobinio metabolizmo reakcijose:
Aerobinis metabolizmas: $C_6H_{12}O_6 + pabraukta{6 O_2} Dešinėn pabraukta
Anaerobinis metabolizmas: $C_6H_{12}O_6 Rightarrow 2 Ethanol + underline{2 CO_2} + 2 ATP$
Aerobai pasisavina tiek dujų molekulių, kiek išskiria, o anaerobai (bent jau etanolį gaminantys) gamina tik dujas.
Anglies dioksido gamybos skirtumų matavimas
Šiame tyrime suprasite, kaip anglies dioksidas pakeičia bromtimolio mėlynojo spalvą, ir naudosite titravimo metodą, kad išmatuotų į bromtimolio mėlynąjį įdėto anglies dioksido kiekį. Naudodami šią techniką taip pat galėsite palyginti anglies dioksido kiekį, kurį gamina žmogus, esant skirtingam fizinio aktyvumo lygiui.
Titravimo technika:
Procedūra: šiaudeliu iškvėpkite orą į kolbą, kurioje yra bromtimolio mėlynojo tirpalo. Kai tirpalo spalva pasikeičia, pabandykite jį vėl pakeisti įlašindami lašų natrio hidroksido. Kuo daugiau natrio hidroksido lašų reikia, tuo didesnis anglies dioksido kiekis kolboje. Atlikite šią procedūrą tol, kol jums bus patogu pridėti natrio hidroksido. (Svarbu, įpylus lašų, kolbą reikia pasukti, kad pamatytumėte, ar spalva nepasikeičia, kartais pasikeitimas vėluoja)
Eksperimentas: Pasirinkite vieną iš šių klausimų, susijusių su anglies dioksidu ir indikatoriaus pobūdžiu – bromtimolio mėlynuoju.
Kaip keičiasi anglies dvideginio kiekis, kurį žmogus iškvepia dėl fizinio aktyvumo?
Ar yra kokių nors kitų veiksnių, galinčių turėti įtakos anglies dioksido kiekiui iškvepiant?
- hiperventiliacija į popierinį maišelį
- kramtomoji guma arba mėtos
- sulaikęs kvėpavimą
Sukurkite hipotezę ir sukurkite eksperimentą, kad patikrintumėte savo hipotezę. Galite naudoti vieną arba visus savo grupės narius kaip jūrų kiaulytes. Čia įtraukta labai mažai informacijos apie tai, kaip turėtumėte atlikti eksperimentą. Turėsite sukurti savo eksperimentą, atsižvelgdami į valdiklius ir kintamuosius. Norint padaryti išvadas, reikia surinkti pakankamai duomenų.
Pratęsimo eksperimentas
Ar pasikeis spalva, jei vandens augalas bus patalpintas į atskiestą bromtiolio mėlynojo tirpalą? Kitaip tariant, ar augalai taip pat išskiria anglies dvideginį? (Reikalingas akvariumo augalas, anacharis ar pan.).
Patalpų anglies dioksido koncentraciją lemia lauko CO derinys2, patalpų kvėpavimas ir pastato vėdinimo greitis. Kadangi pastatai ir namai tampa energetiškai efektyvesni ir sandaresni, tai reiškia, kad turime mažiau gryno oro.
Daugelis šiandien naudojamų vėdinimo sistemų perdirba orą, kad taupytų energiją, iš esmės perkelia užterštą orą, o ne įkvepia naują orą. Dėl to susidaro didelis CO kiekis2 koncentracija ir prasta patalpų oro kokybė.
Šiltnamio efektą sukeliančių dujų poveikis
Šiltnamio efektą sukeliančios dujos turi platų poveikį aplinkai ir sveikatai. Jie sukelia klimato kaitą, sulaikydami šilumą, taip pat prisideda prie kvėpavimo takų ligų dėl smogo ir oro taršos. Ekstremalūs orai, maisto tiekimo sutrikimai ir išaugę gaisrai yra kiti klimato kaitos padariniai, kuriuos sukelia šiltnamio efektą sukeliančios dujos. Įprasti orų modeliai, kurių tikėjomės, pasikeis, kai kurios rūšys išnyks, kitos migruos arba augs. (Daugiau apie šiltnamio efektą sukeliančių dujų poveikį klimato kaitai skaitykite čia.)
Dujų dieta
Naujausiame darbe Milo ir jo komanda panaudojo genų inžinerijos ir laboratorinės evoliucijos derinį, kad sukurtų E. coli kuris gali gauti visą anglį iš CO2. Pirma, jie davė bakterijoms genus, kurie koduoja porą fermentų, leidžiančių fotosintetiniams organizmams paversti CO.2 į organinę anglį. Augalai ir cianobakterijos skatina šią konversiją šviesa, tačiau tai nebuvo įmanoma E. coli. Vietoj to Milo komanda įterpė geną, leidžiantį bakterijai paimti energiją iš organinės molekulės, vadinamos formiatu.
Net su šiais priedais bakterija atsisakė iškeisti savo cukraus patiekalus į CO2. Norėdami dar labiau pakoreguoti įtampą, mokslininkai augino iš eilės modifikuotų kartų kartas E. coli vienerius metus, suteikdamas jiems tik nedidelius kiekius cukraus ir CO2 kurių koncentracija yra maždaug 250 kartų didesnė nei Žemės atmosferoje. Jie tikėjosi, kad bakterijos sukurs mutacijas, kad prisitaikytų prie šios naujos dietos. Po maždaug 200 dienų pirmosios ląstelės, galinčios naudoti CO2 nes atsirado vienintelis jų anglies šaltinis. Ir po 300 dienų šios bakterijos laboratorinėmis sąlygomis augo greičiau nei tos, kurios negalėjo vartoti CO2.
CO2- valgantis arba autotrofiškas, E. coli padermės vis tiek gali augti dėl cukraus ir naudotų šį kuro šaltinį, o ne CO2, atsižvelgiant į pasirinkimą, sako Milo. Palyginti su normaliu E. coli, kurių skaičius gali padvigubėti kas 20 minučių, autotrofinis E. coli yra atsiliekantys, besiskirstantys kas 18 valandų, kai auginami atmosferoje, kurioje yra 10 % CO2. Jie negali išgyventi be cukraus, esant atmosferos CO lygiui2 – šiuo metu 0,041 proc.
Milo ir jo komanda tikisi, kad jų bakterijos augs greičiau ir gyvens su mažesniu CO kiekiu2. Jie taip pat bando suprasti, kaip E. coli išsivystė valgyti CO2: atrodė, kad tik 11 genų pokyčiai leido pakeisti, ir dabar jie stengiasi nustatyti, kaip tai padaryti.
Darbas yra „gabartinis akmuo“ ir parodo inžinerijos ir evoliucijos derinimo galią siekiant pagerinti natūralius procesus, sako Cheryl Kerfeld, Mičigano valstijos universiteto Rytų Lansinge ir Lawrence'o Berkeley nacionalinės laboratorijos Kalifornijoje bioinžinierė.
jau, E. coli naudojamas sintetinėms naudingų cheminių medžiagų, tokių kaip insulinas ir žmogaus augimo hormonas, versijoms gaminti. Milo teigia, kad jo komandos darbas galėtų išplėsti bakterijų gaminamus produktus, įtraukiant atsinaujinančius degalus, maistą ir kitas medžiagas. Tačiau jis nemato, kad tai įvyks greitai.
„Tai yra koncepcijos įrodymas“, - sutinka Erbas. „Prireiks kelių metų, kol pamatysime, kad šis organizmas bus pritaikytas.
Dujų mainai ramybės būsenoje
Atmosferoje yra tiek deguonies, tiek anglies dioksido. Deguonis sudaro 20,9 procento oro, kuriuo kvėpuojate, o anglies dioksidas – 0,03 procento. Kai kvėpuojate, šias metabolines dujas pernešate tarp atmosferos ir kraujo plaučiuose.
Deguonis patenka į jūsų kraują, kuris perneša jį į audinius, kur išskiria energiją iš suvalgyto maisto. Dėl to susidaro anglies dioksidas, kuris turi būti pašalintas, teigia Nacionalinis širdies, plaučių ir kraujo institutas.
Ramybės būsenoje kiekvieną minutę suvartojate 3,5 mililitrų deguonies kilogramui kūno svorio, kad patenkintumėte energijos poreikius. Jūsų raumenų skaidulų tipas, glikogeno kiekis, suvartojamų riebalų kiekis, treniruotės ir kraujo metabolitai įtakoja tai, kiek anglies dioksido pagaminate kartu su deguonies suvartojimu. Mažiausias kiekis yra 0,7 litro kiekvienam litrui deguonies, jei deginami tik riebalai.
Mokslininkai kuria dirbtinį chloroplastą
Augalų tilakoidai yra apytiksliai 90 mikrometrų skersmens mikrolašeliais. Pusiau sintetiniai chloroplastai, aprūpinti fermentų rinkiniu, fiksuoja anglies dioksidą naudodami saulės energiją, sekdami gamtos pavyzdžiu. Kreditas: Maxo Plancko sausumos mikrobiologijos institutas / ErbPer milijardus metų mikroorganizmai ir augalai sukūrė nuostabų procesą, kurį žinome kaip fotosintezę. Fotosintezė saulės energiją paverčia chemine energija, taip aprūpindama visą gyvybę Žemėje maistu ir deguonimi. Ląstelių skyriai, kuriuose yra molekulinės mašinos, chloroplastai, tikriausiai yra svarbiausi natūralūs varikliai žemėje. Daugelis mokslininkų mano, kad dirbtinis fotosintezės proceso atkūrimas ir valdymas yra „mūsų laikų Apolono projektas“. Tai reikštų galimybę gaminti švarią energiją – švarų kurą, švarius anglies junginius, tokius kaip antibiotikai, ir kitus produktus tiesiog iš šviesos ir anglies dioksido.
Bet kaip nuo nulio sukurti gyvą, fotosintetinę ląstelę? Norint imituoti gyvos ląstelės procesus, svarbiausia, kad jos komponentai veiktų kartu tinkamu laiku ir vietoje. Max Planck draugijoje šio ambicingo tikslo siekiama tarpdisciplininėje kelių laboratorijų iniciatyvoje – MaxSynBio tinkle. Dabar Marburgo tyrimų komandai, vadovaujamai režisieriaus Tobiaso Erbo, pavyko sėkmingai sukurti platformą, skirtą automatizuoto ląstelių dydžio fotosintetiškai aktyvių skyrių, „dirbtinių chloroplastų“, kurie gali užfiksuoti ir paversti šiltnamio efektą sukeliančių dujų anglies dioksidą šviesa, statybai.
Mikrofluidika ir sintetinė biologija
Maxo Plancko tyrėjai panaudojo du naujausius technologinius pasiekimus: pirmąją sintetinę biologiją kurdami ir konstruodami naujas biologines sistemas, tokias kaip reakcijų tinklai anglies dioksidui surinkti ir konvertuoti, ir antrąją mikrofluidiką, skirtą minkštoms medžiagoms, pvz., surinkti. kaip ląstelės dydžio lašeliai.
"Pirmiausia mums reikėjo energijos modulio, kuris leistų mums tvariai valdyti chemines reakcijas. Fotosintezės metu chloroplastų membranos suteikia energiją anglies dioksido fiksavimui, ir mes planavome išnaudoti šį gebėjimą", - aiškina Tobiasas Erbas.
Mikrolašelių gamyba ir stebėjimas realiu laiku mikrofluidinėje platformoje. Mikrolašeliai surenkami kameroje, kurioje jų aktyvumą galima mikroskopiškai stebėti realiu laiku, įskaitant kiekybinį fermentinio aktyvumo įvertinimą, matuojant NADPH fluorescenciją. Naudojant šviesų lauką, aptinkami lašeliai ir matomos fotosintetiškai aktyvios membranos. Šios membranos fluorescuoja, kai yra sužadintos. Lašelių populiacijos išskiriamos naudojant koduojančius dažus, kurie pastebimi, kai lašeliai sužadinami tam tikru bangos ilgiu (550 nm). Lašelių NADPH gamyba stebima naudojant NADPH fluorescenciją (naudojant 365 nm). Kreditas: Plancko sausumos mikrobiologijos institutas / ErbFotosintezės aparatas, išskirtas iš špinatų augalo, pasirodė esąs pakankamai tvirtas, kad galėtų būti naudojamas atskiroms reakcijoms ir sudėtingesniems reakcijų tinklams su šviesa sukelti. Tamsiai reakcijai mokslininkai naudojo savo dirbtinį metabolinį modulį – CETCH ciklą. Jį sudaro 18 biokatalizatorių, kurie anglies dioksidą paverčia efektyviau nei anglies apykaita, kuri natūraliai vyksta augaluose. Po kelių optimizavimo etapų komandai pavyko šviesa kontroliuojamą šiltnamio efektą sukeliančių dujų CO fiksaciją2 in vitro.
Antrasis iššūkis buvo sistemos surinkimas apibrėžtame mikro masto skyriuje. Atsižvelgiant į būsimas programas, taip pat turėtų būti lengva automatizuoti gamybą. Bendradarbiaudami su Jean-Christophe Baret laboratorija Centre de Recherché Paul Pascal (CRPP) Prancūzijoje, mokslininkai sukūrė platformą, skirtą pusiau sintetinių membranų kapsuliavimui į ląsteles primenančius lašelius.
Veiksmingesnė už gamtos fotosintezę
Gauta mikrofluidinė platforma gali pagaminti tūkstančius standartizuotų lašelių, kurie gali būti individualiai įrengti pagal norimas medžiagų apykaitos galimybes. „Galime pagaminti tūkstančius vienodai įrengtų lašelių arba galime suteikti specifinių savybių atskiriems lašeliams“, – sakė tyrimo vadovas Tarrynas Milleris. "Šviesa juos galima valdyti laike ir erdvėje."
Skirtingai nuo tradicinės gyvų organizmų genų inžinerijos, „iš apačios į viršų“ metodas suteikia lemiamų pranašumų: jis orientuotas į minimalų dizainą ir nebūtinai yra susietas su natūralios biologijos ribomis. „Platforma leidžia mums įgyvendinti naujus sprendimus, kurių gamta neištyrė evoliucijos metu“, – aiškina Tobiasas Erbas. Jo nuomone, rezultatai turi didelį potencialą ateičiai. Jų publikacijoje žurnale Mokslas, autoriai sugebėjo parodyti, kad „dirbtinio chloroplasto“ aprūpinimas naujais fermentais ir reakcijomis lėmė anglies dioksido surišimo greitį, kuris yra 100 kartų greitesnis nei ankstesni sintetiniai-biologiniai metodai. „Ilgalaikėje perspektyvoje į gyvenimą panašios sistemos galėtų būti taikomos praktiškai visose technologijų srityse, įskaitant medžiagų mokslą, biotechnologijas ir mediciną – mes tik šio įdomaus vystymosi pradžioje. Be to, rezultatai yra dar vienas žingsnis įveikiant vieną didžiausių ateities iššūkių – nuolat didėjančią atmosferos anglies dioksido koncentraciją.
Fitoplanktono produktyvumas
Anglies dioksido mažinimas
Grynoji anglies fiksacija fotosintezėje apima redukcijos ciklą, vadinamą Kalvino ciklu, dumblių ląstelių plastiduose arba cianobakterijų citoplazmoje. Šio ciklo esmė yra ribulozės 1,5-bifosfato (RuBP) karboksilinimas, katalizuojamas fermento RUBISCO, monofilinio fermento, egzistuojančio dviem formomis. I formos fermentas randamas cianobakterijose ir visuose eukariotuose, išskyrus kai kurias peridinino turinčias Dinophyta, kuriose yra II formos fermento. Fermento aktyvumas yra mažas, lyginant su kitomis karboksilazėmis. RUBISCO sudaro didelę ląstelės dalį (1–10 % ląstelės anglies arba apie 2–10 % viso baltymo), o kiekis priklauso nuo aplinkos apšvietimo sąlygų. Esant dideliam apšvietimui, RUBISCO gali sudaryti iki penkių kartų daugiau ląstelių masės nei chlorofilas-a (Raven ir kt., 2012 Bracher ir kt., 2017).
Norint nustatyti, ar RUBISCO ar PET riboja šviesos prisotintą fotosintezę ir įvertinti CO koncentraciją, būtina suprasti RUBISCO vaidmenį fitoplanktono ekofiziologijoje.2 reikalinga tam tikram fotosintezės greičiui palaikyti. Tai turi reikšmės vertinant anglies fiksavimo deguonimi slopinimą ir CO vaidmenį2-koncentravimo mechanizmas. Fermento aktyvumą in vivo reguliuoja daugybė mechanizmų ir išorinių veiksnių, geriausiai ištirtų chlorofituose ir cianobakterijose. Esant silpnam apšvietimui ir (arba) mažai CO2, RuBP yra prisotintas ir CO greitis2 fiksavimą riboja RUBISCO veikla. Tačiau esant dideliam apšvietimui ir (arba) dideliam CO2, anglies fiksavimą riboja RuBP regeneracija – procesas, žinomas kaip absorbcijos apribojimas.
Nauja CO2 surinkimo technika gali sumažinti elektrinių šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį
Metaliniai-organiniai karkasai yra labai poringi, todėl puikiai sugeria dujas ir skysčius. Šiame paveikslėlyje pavaizduotas MOF, kurio pagrindą sudaro metalinis magnis (žali rutuliukai), vidus, o į poras pridėta molekulių – tetraaminų (mėlynos ir pilkos spalvos), kad būtų efektyviau sugertas anglies dioksidas iš elektrinės išmetamų teršalų. (UC Berkeley grafika, sukurta Eugene'o Kimo)
Didelė pažanga anglies surinkimo technologijoje galėtų būti veiksmingas ir nebrangus būdas gamtinių dujų elektrinėms pašalinti anglies dioksidą iš išmetamųjų dujų, o tai yra būtinas žingsnis mažinant šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą, siekiant sulėtinti visuotinį atšilimą ir klimato kaitą.
Kalifornijos universiteto Berklyje mokslininkų, Lawrence'o Berkeley nacionalinės laboratorijos ir ExxonMobil sukurta nauja technika naudoja labai porėtą medžiagą, vadinamą metalo-organiniu karkasu arba MOF, modifikuotą azoto turinčiomis aminų molekulėmis, kad užfiksuotų CO.2 ir žemos temperatūros garus CO išplauti2 kitoms reikmėms arba sekvestruoti po žeme.
Eksperimentų metu ši technika parodė šešis kartus didesnį CO pašalinimo pajėgumą2 iš išmetamųjų dujų nei dabartinė aminų pagrindu pagaminta technologija, ir ji buvo labai selektyvi, sulaikanti daugiau nei 90 % CO.2 skleidžiama. Procese naudojami žemos temperatūros garai, kad būtų atkurtas MOF pakartotiniam naudojimui, o tai reiškia, kad anglies dioksido surinkimui reikia mažiau energijos.
„Dėl CO2 surinkimas, garų pašalinimas – kai naudojate tiesioginį kontaktą su garais, kad pašalintumėte CO2 — buvo tarsi šventasis gralis laukams. Tai pagrįstai vertinama kaip pigiausias būdas tai padaryti“, – sakė vyresnysis mokslo darbuotojas Jeffrey Longas, UC Berkeley chemijos ir chemijos bei biomolekulinės inžinerijos profesorius ir Berkeley laboratorijos vyresnysis fakulteto mokslininkas. „Šios medžiagos, bent jau iš mūsų iki šiol atliktų eksperimentų, atrodo labai daug žadančios.
Kadangi daugumos surinktų CO yra mažai rinkos2, jėgainės greičiausiai pumpuotų didžiąją jo dalį atgal į žemę arba sekvevestuotų, kur idealiu atveju ji virstų uoliena. Išmetamųjų teršalų valymo išlaidas turėtų palengvinti vyriausybės politika, pvz., prekyba anglies dioksidu arba anglies dioksido mokestis, siekiant paskatinti CO.2 surinkimas ir sekvestracija, ką daugelis šalių jau įgyvendino.
Darbą finansavo „ExxonMobil“, bendradarbiaujanti su „Berkeley“ grupe ir „Long“ startuoliu „Mosaic Materials Inc.“, kad sukurtų, padidintų ir išbandytų CO pašalinimo procesus.2 nuo emisijų.
Long yra vyresnysis straipsnio, aprašančio naują techniką, kuris pasirodys žurnalo liepos 24 d. Mokslas.
Vienos poros atominė struktūra MOF, rodanti, kaip anglies dioksido molekulės (pilkos ir raudonos sferos) jungiasi su tetraaminais (mėlynos ir baltos spalvos sferos), sudarydamos CO2 polimerą, kuris prasiskverbia per poras. Žemos temperatūros garai gali pašalinti anglies dioksidą, kad būtų galima sekvestruoti, todėl MOF gali būti pakartotinai naudojamas surinkti daugiau anglies iš elektrinės išmetamų teršalų. (UC Berkeley grafika, sukurta Eugene'o Kimo)
„Mes galėjome pasinaudoti pirminiu atradimu ir, atlikę tyrimus bei bandymus, gauti medžiagą, kuri laboratoriniais eksperimentais parodė potencialą ne tik surinkti CO2 esant ekstremalioms sąlygoms, atsirandančioms dėl gamtinių dujų jėgainių išmetamų dujų, tačiau tai padaryti neprarandant selektyvumo“, – sakė bendraautorius Simonas Westonas, „ExxonMobil Research and Engineering Co“ vyresnysis mokslinis bendradarbis ir projekto vadovas. parodė, kad šios naujos medžiagos gali būti regeneruojamos žemos kokybės garais pakartotiniam naudojimui, o tai suteikia galimybę rasti perspektyvų sprendimą anglies surinkimui dideliu mastu.
Apskaičiuota, kad iškastinį kurą deginančių transporto priemonių, elektros energijos gamybos įrenginių ir pramonės išmetamas anglies dioksidas sudaro 65 % šiltnamio efektą sukeliančių dujų, skatinančių klimato kaitą, o tai jau padidino vidutinę Žemės temperatūrą 1,8 laipsnio Farenheito (1 laipsnio Celsijaus) nuo XIX amžiaus . Nesumažėjus šių emisijų kiekiui, klimato mokslininkai prognozuoja, kad temperatūra kils vis aukštesnėje, smarkesnės ir smarkesnės audros, kelių pėdų jūros lygio kilimas ir dėl to kils sausros, potvyniai, gaisrai, badas ir konfliktai.
„Iš tikrųjų, tarpvyriausybinės klimato kaitos komisijos teigimu, turime daryti, kad suvaldytume visuotinį atšilimą, CO.2 gaudymas yra didžiulė dalis“, – sakė Longas. „Mes negalime naudoti daugumos CO2 kad turime nustoti skleisti, bet turime tai padaryti“.
Nuplėšimas
Elektrinių juosta CO2 iš dūmų išmetamų teršalų, burbuliuojant dūmų dujas per vandenyje esančius organinius aminus, kurie suriša ir ištraukia anglies dioksidą. Tada skystis kaitinamas iki 120-150 C (250-300 F), kad išsiskirtų CO.2 dujos, po kurių skysčiai naudojami pakartotinai. Visas procesas sunaudoja apie 30% pagamintos energijos. Sugautų CO sekvestravimas2 po žeme kainuoja papildoma, nors ir nedidelė dalis.
Gamtinėmis dujomis kūrenama elektros jėgainė. Nauja technika galėtų surinkti anglies dioksidą iš tokių augalų išmetamų teršalų, kad būtų galima jį atskirti po žeme ir sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų, sukeliančių klimato kaitą, kiekį. (Nuotrauka suteikta Tarptautinės energetikos agentūros)
Prieš šešerius metus Longas ir jo grupė UC Berkeley dujų atskyrimo centre, kurį finansuoja JAV Energetikos departamentas, atrado chemiškai modifikuotą MOF, kuris lengvai fiksuoja CO2 iš koncentruotų elektrinių išmetamųjų dujų, todėl surinkimo sąnaudos gali sumažėti perpus. Jie pridėjo diamino molekulių į magnio pagrindu pagamintą MOF, kad katalizuotų CO polimerinių grandinių susidarymą.2 kurį vėliau būtų galima išvalyti praplaunant drėgna anglies dioksido srove.
Kadangi MOF yra labai poringi, šiuo atveju kaip korys, sąvaržėlės masės vidinis paviršiaus plotas yra lygus futbolo aikštės plotui, ir visa tai galima adsorbuoti dujas.
Pagrindinis prie aminų pridėtų MOF privalumas yra tas, kad aminus galima pakoreguoti, kad surinktų CO2 esant skirtingoms koncentracijoms, svyruojančioms nuo 12–15 %, būdingų anglies jėgainėms, iki 4 %, būdingų gamtinių dujų jėgainėms, arba net gerokai mažesnėmis koncentracijomis aplinkos ore. „Mosaic Materials“, kurią Long įkūrė ir kuriai vadovauja, buvo sukurta siekiant, kad ši technika būtų plačiai prieinama elektros ir pramonės įmonėms.
Tačiau 180 C vandens ir CO srovė2 reikia nuplauti užfiksuotą CO2 galiausiai pašalina diamino molekules, sutrumpindamas medžiagos gyvavimo laiką. Naujojoje versijoje naudojamos keturios amino molekulės – tetraaminas, kurios yra daug stabilesnės aukštoje temperatūroje ir esant garams.
„Tetraaminai yra taip stipriai surišti MOF, kad galime naudoti labai koncentruotą vandens garų srovę su nuliu CO.2, o jei tai išbandytumėte su ankstesniais adsorbentais, garai pradėtų ardyti medžiagą“, – sakė Longas.
Jie parodė, kad tiesioginis kontaktas su garais 110–120 C temperatūroje (šiek tiek virš vandens virimo temperatūros) gerai išplauna CO.2. Tokios temperatūros garai yra lengvai prieinami gamtinių dujų elektrinėse, o 180 C CO2- Vandens mišinys, reikalingas anksčiau modifikuoto MOF regeneravimui, reikalavo šildymo, o tai eikvoja energiją.
Kai Longas, Westonas ir jų kolegos pirmą kartą galvojo apie diaminų pakeitimą kietesniais tetraaminais, tai atrodė kaip toli. Tačiau diamino turinčių MOF kristalų struktūros rodo, kad gali būti būdų, kaip sujungti du diaminus, kad susidarytų tetraaminas, išsaugant medžiagos gebėjimą polimerizuoti CO.2. Kai UC Berkeley absolventas Eugene'as Kimas, pirmasis šio straipsnio autorius, chemiškai sukūrė MOF su tetraaminu, pirmuoju bandymu jis pranoko MOF su diaminu.
Vėliau mokslininkai ištyrė modifikuoto MOF struktūrą naudodami Berkeley Lab pažangų šviesos šaltinį ir atskleidė, kad CO.2 polimerai, kurie iškloja MOF poras, iš tikrųjų yra sujungti tetraaminais, kaip kopėčios su tetraaminais kaip pakopos. Pirmųjų principų tankio funkcinės teorijos skaičiavimai naudojant Cori superkompiuterį Berkeley Lab’s Nacionaliniame energetikos tyrimų moksliniame skaičiavimo centre (NERSC), Molekulinės liejyklos skaičiavimo išteklius ir universiteto Berklio tyrimų skaičiavimo programos teikiamus išteklius patvirtino šią nuostabią Longo komandos struktūrą. iš pradžių numatė.
„Dabar Kalifornijoje atlieku tyrimus 23 metus ir tai vienas iš tų laikų, kai tau kilo, atrodytų, beprotiška idėja, ir ji iškart pasiteisino“, – sakė Longas.
Bendraautoriai su Longu, Kim ir Westonu yra Josephas Falkowskis iš ExxonMobil Rebecca Siegelman, Henry Jiang, Alexander Forse, Jeffrey Martell, Phillip Milner, Jeffrey Reimer ir Jeffrey Neatonas iš UC Berkeley ir Jung-Hoon Lee iš Berkeley Lab. Neatonas ir Reimeris taip pat yra Berklio laboratorijos fakulteto vyresnieji mokslininkai.
Ar aliciklobacilai gamina anglies dioksidą? – Biologija
Taip, didindama šiltnamio efektą sukeliančių dujų gausą atmosferoje, žmogaus veikla sustiprina natūralų Žemės šiltnamio efektą. Beveik visi klimato mokslininkai sutinka, kad šis šilumą sulaikančių dujų padidėjimas yra pagrindinė priežastis, dėl kurios nuo XIX amžiaus pabaigos pasaulinė vidutinė temperatūra pakilo 1,8 °F (1,0 °C). Anglies dioksidas, metanas, azoto oksidas, ozonas ir įvairūs chlorfluorangliavandeniliai yra žmogaus skleidžiamos šilumą sulaikančios dujos. Tarp jų didžiausią susirūpinimą mokslininkams kelia anglies dioksidas, nes jis daro didesnį bendrą atšilimo poveikį nei kitos dujos kartu paėmus.
Garai kyla iš Intermountain elektrinės Deltoje, Jutos valstijoje. Šią anglimi kūrenamą elektrinę eksploatuoja Los Andželo vandens ir energijos departamentas. Matt Hintsa foto CC licencija.
Šiuo metu žmonės, degindami iškastinį kurą, į atmosferą kasmet išmeta apie 9,5 milijardo metrinių tonų anglies, o dar 1,5 milijardo – dėl miškų naikinimo ir kitų žemės dangos pokyčių. Šios žmogaus pagamintos anglies miškai ir kita augmenija sugeria apie 3,2 milijardo metrinių tonų per metus, o vandenynas – apie 2,5 milijardo metrinių tonų per metus. Kasmet atmosferoje lieka 5 milijardai metrinių tonų žmogaus pagamintos anglies, todėl vidutinė pasaulinė anglies dioksido koncentracija per metus padidėja maždaug 2,3 milijono dalių. Nuo 1750 m. žmonės padidino anglies dioksido kiekį atmosferoje beveik 50 procentų. Sužinokite daugiau.