Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ : 05 Ιανουαρίου

Το ρεκόρ μεγαλύτερης θερμοκρασίας στην Ανταρκτική καταγράφηκε σαν σήμερα το 1974

Τοποθεσία του Σταθμού Vanda στην Ανταρκτική
Συντεταγμένες: 77 ° 31'00 "S 161 ° 40'00" E

Στον Σταθμό Βάντα, που ανήκει στη Νέα Ζηλανδία, στην Ανταρκτική καταγράφηκε θερμοκρασία 15 ^οC που είναι η υψηλότερη θερμοκρασία που καταγράφηκε ποτέ νοτιότερα από τον Νότιο πολικό κύκλο. Η μέση υψηλότερη θερμοκρασία της περιοχής για τον μήνα Ιανουάριο, που είναι ο πιο ζεστός του έτους, είναι 4,7 ^οC

Τα τέσσερα αρχικά κτίρια του σταθμού κατασκευάστηκαν στα αυστραλιανά καλοκαίρια του 1967-1968 και 1968-1969, από μια ομάδα πέντε ατόμων, στις όχθες της λίμνης Βάντα.  Κατά τη διάρκεια των καλοκαιρινών περιόδων, ο σταθμός Vanda ήταν πλήρως στελεχωμένος μέχρι το 1991. Τα επιστημονικά προγράμματα περιελάμβαναν κυρίως τη μετεωρολογία, την υδρολογία, τη σεισμολογία, τα γήινα ρεύματα και τα μαγνητικά. Ο σταθμός ήταν στη διοίκηση του Τμήματος Επιστημονικής και Βιομηχανικής Έρευνας(DSIR) και υποστηρίχτηκε υλικοτεχνικά από τη μόνιμη ερευνητική βάση της Νέας Ζηλανδίας της βάσης Scott στο νησί Ross. 

Το 1995, οι περιβαλλοντικές ανησυχίες είχαν ως αποτέλεσμα να κλείσει η βάση. Διάφορες δραστηριότητες που σχετίζονται με την λειτουργία της βάσης, συμπεριλαμβανομένων των ανασκαφών, της ανέγερσης κτιρίων, των διαταραχών που προκαλούνται από τις κινήσεις των οχημάτων, την αποθήκευση αναλωσίμων, τη διάθεση των αποβλήτων και τις τυχαίες διαρροές, οδήγησαν στην προσπάθεια απομάκρυνσης του σταθμού. Μετά την απομάκρυνση, πραγματοποιήθηκε για αρκετά χρόνια, ανάλυση του νερού της λίμνης και των φυκών, για να διασφαλιστεί ότι η λίμνη δεν μολύνθηκε από τα γκρι νερά και άλλα απόβλητα.

Σήμερα, στη θέση του πρώην σταθμού Vanda και στη λίμνη Vanda Hut βρίσκεται ένας αυτόματος μετεωρολογικός σταθμός, ένα καταφύγιο που περιοδικά (μόνο το καλοκαίρι) κατοικείται από 2 έως 8 ερευνητές της Νέας Ζηλανδίας.

Από τη: Wikipedia: January 5
Εικόνα: By Alexrk2 - Own workData from http://nsidc.org/data/moa/ - Haran, T., J. Bohlander, T. Scambos, and M. Fahnestock compilers. 2005. MODIS Mosaic of Antarctica image map. National Snow and Ice Data Center, digital media.Metadata for Antarctica's Coastline and Ice Sheet Grounding Line Files: http://nsidc.org/data/docs/agdc/nsidc0280_scambos/ETOPO1 Ice Surface: Amante, C. and B. W. Eakins, ETOPO1 1 Arc-Minute Global Relief Model: Procedures, Data Sources and Analysis. NOAA Technical Memorandum NESDIS NGDC-24, 19 pp, March 2009., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9536525

Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ :  05 Ιανουαρίου

Η προηγούμενη μέρα                     Όλος ο Χειμώνας                     Η επόμενη μέρα

Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ : 11 Οκτωβρίου

Το βραβείο Νόμπελ στη Χημεία για την τρύπα του όζοντος απονεμήθηκε στους Paul Crutzen, Maria Molina και F. Sherwood Rowland σαν σήμερα το 1995

Τα επίπεδα του όζοντος σταθεροποιήθηκαν τη δεκαετία του 1990
μετά το πρωτόκολλο του Μόντρεαλ και άρχισαν να ανακάμπτουν.
Προβλέπεται ότι θα φθάσουν τα επίπεδα του 1980 πριν από το 2075.

Τους απονεμήθηκε το Βραβείο Νόμπελ Χημείας για την εργασία τους για το σχηματισμό και την αποσύνθεση του όζοντος (Ο3). Η έρευνά τους έδειξε ότι οι χλωροφθοράνθρακες (CFC) προκαλούν τρύπες στο προστατευτικό στρώμα όζοντος της Γης.

Η ατμόσφαιρα που περιβάλλει τη γη περιέχει μικρές ποσότητες όζοντος - ενός αερίου με μόρια που αποτελούνται από τρία άτομα οξυγόνου (O3 ). Εάν όλο το όζον στην ατμόσφαιρα συμπιεσθεί σε μια πίεση που αντιστοιχεί σε εκείνη στην επιφάνεια της γης, το στρώμα θα είναι πάχους μόνο 3 mm. 

Αλλά παρόλο που το όζον υπάρχει σε τόσο μικρές ποσότητες, παίζει ένα εξαιρετικά θεμελιώδες ρόλο για τη ζωή στη γη. Επειδή το όζον, μαζί με το συνήθεις μοριακό οξυγόνο (O2), απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της υπεριώδους ακτινοβολίας του ήλιου και επομένως αποτρέπει αυτή την επικίνδυνη ακτινοβολία να φτάσει στην επιφάνεια. 
Χωρίς το προστατευτικό στρώμα όζοντος στην ατμόσφαιρα, τα ζώα και τα φυτά δεν θα μπορούσαν να υπάρχουν στη γη. Επομένως, είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε τις διαδικασίες που ρυθμίζουν το περιεχόμενο του όζοντος στην ατμόσφαιρα.

Ο Paul Crutzen , ο Mario Molina και ο Sherwood Rowland έχουν συμβάλει πρωτοποριακά για να εξηγήσουν πώς σχηματίζεται και αποσυντίθεται το όζον μέσω των χημικών διεργασιών στην ατμόσφαιρα. Το πιο σημαντικό είναι ότι έδειξαν πόσο ευαίσθητο είναι το στρώμα του όζοντος στην επίδραση των ανθρωπογενών εκπομπών ορισμένων ενώσεων. 

Η λεπτή στιβάδα του όζοντος αποδείχθηκε ότι είναι η Αχίλλειος φτέρνα που μπορεί να τραυματιστεί σοβαρά από προφανώς μέτριες αλλαγές στη σύνθεση της ατμόσφαιρας. Εξηγώντας τους χημικούς μηχανισμούς που επηρεάζουν το πάχος του στρώματος του όζοντος, οι τρεις ερευνητές συνέβαλαν στη σωτηρία μας από ένα παγκόσμιο περιβαλλοντικό πρόβλημα που θα μπορούσε να έχει καταστροφικές συνέπειες.

Από τη: Royal Society of Chemistry (RSC)
Εικόνα: By NASA - https://svs.gsfc.nasa.gov/30602, Public Domain, 

Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ :  11 Οκτωβρίου
Η προηγούμενη μέρα                      Όλο το Φθινόπωρο                     Η επόμενη μέρα

Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ : 16 Σεπτεμβρίου

Το πρωτόκολλο του Μόντρεαλ για τις ουσίες που καταστρέφουν τη στιβάδα του όζοντος υπογράφηκε από τους ηγέτες του κόσμου σαν σήμερα το 1987

Η μεγαλύτερη τρύπα του όζοντος της Ανταρκτικής όπως
καταγράφηκε τον Σεπτέμβριο του 2006

Η συνθήκη συμφώνησε ότι η παραγωγή και η κατανάλωση ενώσεων που εξαντλούν το όζον (O₃) στη στρατόσφαιρα, όπως οι χλωροφθοράνθρακες (CFC), πρέπει να καταργηθούν.

Η στιβάδα του όζοντος αναμένεται να ανακάμψει μέχρι το 2050 εάν τηρούνται οι συμφωνίες.

Σήμερα η υπεριώδης ακτινοβολία που περνάει την ατμόσφαιρα και πέφτει στην επιδερμίδα σας είναι διπλάσια και έτσι θα μαυρίσετε πιο εύκολα/γρήγορα αλλά ταυτόχρονα υπερδιπλασιάζει την γήρανση της επιδερμίδας και τις πιθανότητες για να πάθετε καρκίνο του δέρματος.

Και γιατί είναι διπλάσια; Διότι τα ψυγεία μας χρησιμοποιούν φρεόν και το φρεόν καταστρέφει το όζον.

Από τη: Royal Society of Chemistry (RSC)
Εικόνα: By NASA - http://www.nasa.gov/vision/earth/lookingatearth/ozone_record.html, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2644633

Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ :  16 Σεπτεμβρίου

Η προηγούμενη μέρα                      Όλο το Καλοκαίρι                     Η επόμενη μέρα

H χημεία των βιοαποικοδομήσιμων πλαστικών

Πόσο καλύτερα είναι τα βιοαποικοδομήσιμα πλαστικά;

Ακριβότερα, απαιτούν καλλιεργήσιμη έκταση, μικρότερο αποτύπωμα CO₂.

“Μήπως τελευταία το Fast Food της γειτονιάς σας χρησιμοποιεί βιοδιασπώμενα φλιτζάνια; Ή ίσως το κυλικείο στο χώρο εργασίας σας έχει κάνει τη μετάβαση σε βιοδιασπώμενα μαχαιροπίρουνα; Ίσως τώρα πια ακόμη και η πλαστική συσκευασία του αγαπημένου σας περιοδικού είναι ένα βιοδιασπώμενο περιτύλιγμα; Αναρωτηθήκατε ποιες ουσίες βρίσκονται πίσω από αυτά τα βιοαποικοδομήσιμα προϊόντα και πόσο καλύτερα είναι για το περιβάλλον σε σύγκριση με τα υλικά που έχουν αντικαταστήσει.”Με μια αφίσα που παρέχεται δωρεάν στο Compound Interest. ο Andy Brunning, διερευνά αυτά τα βιοαποικοδομήσιμα πλαστικά και πώς αυτά εναρμονίζονται με τα συμβατικά.

Για να κατεβάσετε την αφίσα μεταβείτε στο link. (Παρακάτω βρίσκετε το Ελληνικό κείμενο για κάθε εικόνα)

Copyright 2018 Andy Brunning/Compound Interest.

 Τα συνηθισμένα βιοπολυμερή και οι πηγές τους

Πολυγαλακτικό οξύ (Polylactic acid PLA)

Παράγεται από τη ζύμωση φυτικού άμυλου από καλαμπόκι, κασάβα (μανιόκα), ζαχαροκάλαμο ή σακχαρότευτλα.



Πολυυδρόξυ αλκανικά (Polyhydroxyalkanoates PHAs)

Εξάγονται από βακτήρια που τα παράγουν μέσω ζύμωσης σακχάρων ή λιπιδίων.




Θερμοπλαστικά άμυλα (Thermoplastic starches TPS)

Άμυλα από φυτικά υλικά θερμαίνονται με νερό και κατόπιν με πλαστικοποιητές ή άλλα πολυμερή

Οι κοινές (καθημερινές) χρήσεις των βιοπολυμερών

                    

Το ποτηράκι του καφέ: Τα βιοδιασπώμενα ποτηράκια του καφέ είναι χάρτινα ποτήρια επικαλυμμένα με PLA που κάνει το χαρτί αδιάβροχο
Σακούλες σκουπιδιών: Το TPS χρησιμοποιείται επίσης σε σακούλες απορριμμάτων για τρόφιμα και σε κάποια περιτυλίγματα περιοδικών. Τα PHAs έχουν λιγότερες εφαρμογές, αλλά έχουν ιατρικές εφαρμογές όπως χειρουργικά ράμματα.
Μαχαιροπήρουνα: Και τα δύο το PLA και το TPS βρίσκουν εφαρμογή στην κατασκευή πλαστικών μαχαιροπήρουνων που είναι βιοδιασπώμενα.
Δοχεία τροφίμων: Το PLA είναι το δεύτερο σε κατ’ όγκον παραγωγή βιοπολυμερές μετά το TPS. Χρησιμοποιείται σε πλαστικά φίλμ, μπουκάλια και δοχεία τροφίμων

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Η παγκόσμια παραγωγή πλαστικών.

Η χρήση των βιοπλαστικών αυξάνεται, αλλά ακόμα αντιπροσωπεύει λιγότερο από το 1% της παγκόσμιας αγοράς πλαστικών (σε τιμές 2018)



Οι συνθήκες για την βιοδιάσπαση

Υγρασία    Οξυγόνο    Μικροοργανισμοί    pH    Θερμοκρασία

Τα πλαστικά που υπόκεινται σε κομποστοποίηση απαιτούν συγκεκριμένες συνθήκες για να αποικοδομηθούν πλήρως και παίρνει πολύ περισσότερο εάν απλά απορριφθούν στην ύπαιθρο χωρίς να ανακυκλωθούν. Όμως εξακολουθούν να αποικοδομούνται ταχύτερα απ’ ότι τα συμβατικά πλαστικά.

Κόστος σε χρήμα και γη, όφελος στα αέρια του θερμοκηπίου

Τα βιοδιασπώμενα πλαστικά είναι ακριβότερα από τα πλαστικά που παράγονται από ορυκτά καύσιμα. Και επιπλέον απαιτούν καλιεργήσιμη έκταση για την παραγωγή των πρώτων υλών. Όμως η εκπομπή των αερίων του θερμοκηπίου που συνοδεύει την παραγωγή τους είναι χαμηλότερη.

Εικόνες:

Όλες οι εικόνες προέρχονται από την αφίσα του Andy Brunning, στο Compound Interest ο οποίος κατέχει και την πνευματική ιδιοκτησία.

Περισσότερα:

Μπορείτε να διαβάσετε στο Compound Interest στο αρχικό άρθρο: What’s your biodegradable coffee cup made of – and how biodegradable is it? απ’ όπου μπορείτε να κάνετε δωρεάν download τη σχετική αφίσα.

Ουράνιο από τη θάλασσα

Η εξαγωγή ουρανίου από τη θάλασσα κάνει την πυρηνική ενέργεια ανανεώσιμη

Από το Forbes, James Conca, 1 Ιουλίου 2016,
Συνεργάτης σε θέματα Ενέργειας που γράφει για την πυρηνική ενέργεια και το περιβάλουν

Η Αμερική, η Ιαπωνία και η Κίνα ανταγωνίζονται για το ποια θα είναι η πρώτη χώρα που θα κάνει την πυρηνική ενέργεια εντελώς ανανεώσιμη. Το μόνο εμπόδιο είναι το πως θα γίνει οικονομικά βιώσιμη η εξαγωγή του ουράνιου από το θαλασσινό νερό, καθόσον η ποσότητα του ουρανίου στο θαλασσινό νερό είναι πραγματικά ανεξάντλητη.

Οι ερευνητές σε όλο τον κόσμο εργάζονταν ξέφρενα για την ανάπτυξη μιας σειράς υλικών και ινών ικανών να εξάγουν οικονομικά το ουράνιο από το θαλασσινό νερό.

Ευγενική παραχώρηση του Pacific Northwest National Laboratory via forbes

Και φαίνεται ότι η Αμερική βρίσκεται στην πρώτη θέση. Οι νέες τεχνολογικές ανακαλύψεις από τα εθνικά εργαστήρια DOE του Pacific Northwest (PNNL) και Oak Ridge (ORNL) κατέστησαν την απομάκρυνση του ουρανίου από το θαλασσινό νερό οικονομικά συμφέρουσα και το ερώτημα τώρα είναι: πότε θα αλλάξει η πηγή ουρανίου για τα πυρηνικά εργοστάσια μας και θα περάσουμε από το ουράνιο της μεταλλευτικής εξόρυξης στο ουράνιο του θαλασσινού νερού;

Το πυρηνικό καύσιμο που παράγεται με ουράνιο που θα εξάγεται από θαλασσινό νερό καθιστά την πυρηνική ενέργεια εντελώς ανανεώσιμη. Δεν είναι μόνο το ότι οι 4 δισεκατομμύρια τόνοι ουρανίου που υπάρχουν στο θαλασσινό νερό θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν 1000 πυρηνικούς σταθμούς ισχύος 1.000 MW για 100.000 χρόνια. Είναι επίσης ότι το ουράνιο που εξάγεται από το θαλασσινό νερό συμπληρώνεται συνεχώς, και έτσι η πυρηνική ενέργεια γίνεται τόσο ατελείωτη όσο η ηλιακή, η υδροηλεκτρική και η αιολική.

Συγκεκριμένα, αυτή η τελευταία τεχνολογία βασίζεται στην εργασία των ερευνητών στην Ιαπωνία και χρησιμοποιεί ίνες πολυαιθυλενίου επικαλυμμένες με αμιδοξίμη για να τραβήξουν και να δεσμεύσουν το διοξείδιο του ουρανίου από το θαλασσινό νερό (βλέπε σχήμα παραπάνω). Στο θαλασσινό νερό, η αμιδοξίμη προσελκύει και δεσμεύει το διοξείδιο του ουρανίου στην επιφάνεια των ινών που σχηματίζουν τις πλεξούδες ενός σκοινιού, το οποίο μπορεί να έχει διάμετρο 15 εκατοστών και να μήκος πολλών μέτρων ανάλογα με τον τόπο ανάπτυξής τους (βλέπε σχήμα παρακάτω).

Μετά από περίπου ένα μήνα στο θαλασσινό νερό, τα σκοινιά απελευθερώνονται στην επιφάνεια και συλλέγονται. Μια επεξεργασία με οξύ ανακτά το ουράνιο με τη μορφή ενός συμπλόκου του ουρανίου, αναγεννώντας τις ίνες που μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν πολλές φορές. Το συμπυκνωμένο σύμπλοκο ουρανίου μπορεί στη συνέχεια να εμπλουτιστεί για να γίνει πυρηνικό καύσιμο.

Οι επιστήμονες προβλέπουν την αγκυροβόληση
εκατοντάδων μακρών ινών εξαγωγής U στη 
θάλασσα για ένα μήνα περίπου μέχρι να 
γεμίσουν με ουράνιο.  Στη συνέχεια, ένα 
ασύρματο σήμα θα τους απελευθέρωνε να 
επιπλέουν στην επιφάνεια όπου 
θα μπορούσε να ανακτηθεί το ουράνιο και να
ξαναχρησιμοποιηθούν οι ίνες. Δεν έχει σημασία
πού στον κόσμο οι ίνες επιπλέουν. 
Πηγή: Andy Sproles στο ORNL

Αυτή η διαδικασία, μαζί με την παγκόσμια προσπάθεια, περιγράφηκε σε μια ειδική έκθεση για την έρευνα βιομηχανικής και μηχανικής χημείας . Οι επιστήμονες από το PNNL(Pacific Northwest National Laboratory) και το ORNL ηγήθηκαν στα περισσότερα από τα μισά από τα 30 άρθρα στην ειδική έκδοση που περιελάμβανε τη σύνθεση και το χαρακτηρισμό προσροφητών ουρανίου και τη θαλάσσια δοκιμή αυτών των προσροφητών σε εγκαταστάσεις όπως το εργαστήριο θαλάσσιων επιστημών της PNNL στο Sequim της Ουάσιγκτον.

Ο Gary Gill, αναπληρωτής διευθυντής του Τμήματος Παράκτιων Επιστημών του PNNL, ο οποίος συντόνισε τις θαλάσσιες δοκιμές, σημείωσε: "Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο λειτουργούν οι προσροφητές στις συνθήκες φυσικού θαλάσσιου νερού είναι κρίσιμη για την αξιόπιστη εκτίμηση της αξιοπιστίας των υλικών προσρόφησης ουρανίου". Εκτός από τις θαλάσσιες δοκιμές, η PNNL αξιολόγησε πόσο καλά το προσροφητικό προσέλκυσε ουράνιο σε σχέση με άλλα στοιχεία, πόσο ανθεκτικός ήταν ο προσροφητής, ως προς τη συσσώρευση θαλάσσιων οργανισμών που μπορεί να επηρεάσει την απόδοση και ποια απορροφητικά υλικά δεν είναι τοξικά.

Αυτός ο θαλάσσιος έλεγχος δείχνει ότι αυτές οι νέες ίνες είχαν την ικανότητα να συγκρατούν 6 γραμμάρια ουρανίου ανά χιλιόγραμμο προσροφητή σε περίπου 50 ημέρες μόνο στο φυσικό θαλασσινό νερό. Ένα ωραίο βίντεο από την εξόρυξη U από το θαλασσινό νερό μπορεί να δείτε στην ιστοσελίδα του Πανεπιστημίου του Tennessee Knoxville .

Ο Stephen Kung, στο Γραφείο Πυρηνικής Ενέργειας του DOE, λέει ότι «Η εξεύρεση εναλλακτικών λύσεων για την εξόρυξη ουρανίου είναι απαραίτητο βήμα για τον προγραμματισμό του μέλλοντος της πυρηνικής ενέργειας». Και αυτές οι πρόοδοι της PNNL και της ORNL μείωσαν το κόστος κατά τέσσερις φορές σε μόλις πέντε χρόνια. Αλλά εξακολουθεί να είναι πάνω από $ 200/λίβρα οξειδίου του ουρανίου (U3O8), δύο φορές περισσότερο από ότι χρειάζεται για να αντικαταστήσει το μεταλλευτικό ουράνιο.

Ευτυχώς, το κόστος του ουρανίου είναι ένα μικρό ποσοστό του κόστους του πυρηνικού καυσίμου, το οποίο είναι ένα μικρό ποσοστό του κόστους της πυρηνικής ενέργειας. Τα τελευταία είκοσι χρόνια, οι τιμές του ουρανίου κυμαίνονταν μεταξύ $ 10 και $ 120/lb του U3O8, κυρίως λόγω αλλαγών στη διαθεσιμότητα ουρανίου καθαρότητας όπλων για να χρησιμοποιηθεί σε καύσιμα αντιδραστήρων.

Έτσι, καθώς το κόστος της εξαγωγής U από το θαλασσινό νερό πέφτει κάτω από τα $ 100 / lb, αυτή θα γίνει μια εμπορικά βιώσιμη εναλλακτική λύση για την παραγωγή νέου μεταλλεύματος ουρανίου. Αλλά ακόμα και στα $ 200/lb U3O8, δεν προσθέτει περισσότερο από ένα μικρό κλάσμα ενός λεπτού ανά kWh στο κόστος της πυρηνικής ενέργειας.

Ωστόσο, το μεγάλο όφελος από την εξόρυξη ουρανίου από το θαλασσινό νερό είναι ότι καθιστά την πυρηνική ενέργεια εντελώς ανανεώσιμη.

Το ουράνιο διαλύεται στο θαλασσινό νερό σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις, μόνο περίπου 3 μέρη ανά δισεκατομμύριο (3 μικρογραμμάρια / λίτρο). Αλλά υπάρχουν πολλά ωκεάνια νερά - 300 εκατομμύρια κυβικά μίλια ή περίπου 350 εκατομμύρια τρισεκατομμύρια γαλόνια (1.324 quintillion λίτρα). Έτσι, υπάρχουν περίπου 4 δισεκατομμύρια τόννοι ουρανίου στον ωκεανό ανά πάσα στιγμή.

Και επιπλέον, οι συγκεντρώσεις ουρανίου στο θαλασσινό νερό καθορίζονται από χημικές αντιδράσεις σταθερής κατάστασης (αντιδράσεις Χημικής Ισορροπίας) ή ψευδο-ισορροπίας μεταξύ των υδάτων και των βράχων στη Γη, τόσο στον ωκεανό όσο και στην ξηρά. Και οι βράχοι περιέχουν 100 τρισεκατομμύρια τόνους ουρανίου. Έτσι, όταν το ουράνιο εξάγεται από το θαλασσινό νερό, διαλύεται περισσότερο από αυτό στα βράχια για να το αντικαταστήσει, και να φτάσει στην ίδια συγκέντρωση. Είναι αδύνατο για τον άνθρωπο να εξαγάγει αρκετό ουράνιο κατά το επόμενο δισεκατομμύριο χρόνια για να μειώσει τη συνολική συγκέντρωση ουρανίου στο θαλασσινό νερό, ακόμη και αν η πυρηνική ενέργεια παρείχε το 100% της ενέργειας μας αν το είδος μας διαρκέσει ένα δισεκατομμύριο χρόνια.

Με άλλα λόγια, το ουράνιο στο θαλασσινό νερό είναι στην πραγματικότητα πλήρως ανανεώσιμο. Τόσο όσο είναι ανανεώσιμη η ηλιακή ενέργεια. Ναι, το ουράνιο στον γήινο φλοιό είναι πεπερασμένο. Αλλά έτσι είναι ο Ήλιος , ο οποίος τελικά θα καεί. Αλλά αυτό δεν θα αρχίσει να συμβαίνει για άλλα 5 δισεκατομμύρια χρόνια. Ακόμη και ο άνεμος στη Γη θα σταματήσει περίπου εκείνη την εποχή, καθώς η ατμόσφαιρα μας θα εξατμιστεί κατά τη διάρκεια των θανάτου του Ήλιου καθώς θα γίνει Κόκκινος Γίγαντας.

Σύμφωνα με τον καθηγητή Jason Donev από το Πανεπιστήμιο του Κάλγκαρι, "Ανανεώσιμη κυριολεκτικά σημαίνει" να κάνεις και πάλι καινούργια". Οποιοσδήποτε πόρος αναπληρώνεται φυσικά με το χρόνο, όπως η δημιουργία ανέμου ή η ανάπτυξη βιολογικών οργανισμών για βιομάζα ή βιοκαύσιμα, είναι αναμφίβολα ανανεώσιμος. Η ανανεώσιμη ενέργεια σημαίνει ότι το ποσό ενέργειας που εξάγει ο άνθρωπος από τη φύση αντικαθιστά τον εαυτό της. Και τώρα το ουράνιο ως καύσιμο πληροί αυτόν τον ορισμό. "

Έτσι, με οποιονδήποτε ορισμό, η ηλιακή, αιολική, υδροηλεκτρική και πυρηνική είναι ανανεώσιμοι. Είναι καιρός να το αναγνωρίσει η κοινωνία και να προσθέσει πυρηνικά στο χαρτοφυλάκιο ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

Ο Δρ James Conca είναι ειδικός σε θέματα ενέργειας, πυρηνικών και βρώμικων βόμβων, πλανητικός γεωλόγος και επαγγελματίας ομιλητής. Τον ακολουθήστε στο Twitter @ jimconca και δείτε το βιβλίο του στο Amazon.com

Πηγές

Απο το www.forbes.com : Uranium Seawater Extraction Makes Nuclear Power Completely Renewable

Το 1973, ένας υπολογιστής στο MIT προέβλεψε πότε θα τελειώσει ο πολιτισμός

Ένα μοντέλο από το MIT προέβλεψε πότε και πώς θα τελειώσει ο ανθρώπινος πολιτισμός. Και αυτό έρχεται σύντομα.

PAUL RATNER 23 Αυγούστου, 2018

• Το 1973, αναπτύχθηκε ένα πρόγραμμα ηλεκτρονικών υπολογιστών στο MIT για να δημιουργήσει ένα μοντέλο για την παγκόσμια βιωσιμότητα. Αντ' αυτού, προέβλεπε ότι μέχρι το 2040 ο πολιτισμός μας θα τελειώσει.
• Πολλοί στην ιστορία έχουν κάνει προβλέψεις ότι έρχεται το τέλος του κόσμου οι οποίες βέβαια μέχρι στιγμής δεν υλοποιήθηκαν.
• Αλλά αυτό που βγήκε από τον υπολογιστή κατά τη δεκαετία του 1970 έχει γίνει σε μεγάλο βαθμό πραγματικότητα. Μπορεί το μηχάνημα να είναι σωστό;

Γιατί δημιουργήθηκε το πρόγραμμα

Η πρόβλεψη, η οποία επανεμφανίστηκε πρόσφατα στα μέσα ενημέρωσης της Αυστραλίας, έγινε από ένα πρόγραμμα που ονομάστηκε World One. Δημιουργήθηκε αρχικά από τον πρωτοπόρο στους υπολογιστές Jay Forrester, στον οποίο ανατέθηκε από τον Όμιλο της Ρώμης να φτιάξει ένα θεωρητικό μοντέλο που να δείξει πόσο καλά θα μπορούσε να διατηρήσει ο κόσμος την ανάπτυξή του. Ο Όμιλος της Ρώμης είναι ένας οργανισμός που αποτελείται από διανοούμενους, πρώην παγκόσμιους αρχηγούς κρατών, επιστήμονες και γραφειοκράτες του ΟΗΕ με αποστολή να «προωθήσουν την κατανόηση των παγκόσμιων προκλήσεων που αντιμετωπίζει η ανθρωπότητα και να προτείνουν λύσεις μέσω επιστημονικής ανάλυσης, επικοινωνίας και υπεράσπισης».

Οι προβλέψεις

Αυτό που έδειξε το World One ήταν ότι μέχρι το 2040 θα υπάρξει παγκόσμια κατάρρευση εάν η αύξηση του πληθυσμού και η επέκταση της βιομηχανίας συνεχιστεί με τους σημερινούς ρυθμούς.

Όπως  αναφέρθηκε από τον αυστραλιανό ραδιοτηλεοπτικό φορέα ABC, οι υπολογισμοί του μοντέλου έλαβαν υπόψη τις τάσεις στα επίπεδα μόλυνσης, την αύξηση του πληθυσμού, την ποσότητα των φυσικών πόρων και τη συνολική ποιότητα ζωής στη Γη. Οι προβλέψεις του μοντέλου για την επιδείνωση της ποιότητας ζωής και την εξάντληση των φυσικών πόρων έχουν μέχρι στιγμής επαληθευτεί κατά ενοχλητικό τρόπο.

Στην πραγματικότητα, το 2020 είναι το πρώτο ορόσημο που πρόβλεψε το World One.
Σ' αυτόν το χρόνο η ποιότητα ζωής υποτίθεται ότι πέφτει δραματικά. Το ABC παρουσίασε αυτό το σενάριο που θα οδηγήσει στον αφανισμό μεγάλου αριθμού ανθρώπων:

"Γύρω στο 2020, η κατάσταση του πλανήτη γίνεται εξαιρετικά κρίσιμη, αν δεν κάνουμε κάτι γι 'αυτό, η ποιότητα ζωής πέφτει στο μηδέν. Η ρύπανση γίνεται τόσο σοβαρή που θα αρχίσει να σκοτώνει ανθρώπους, γεγονός που με τη σειρά του θα προκαλέσει μείωση του πληθυσμού, χαμηλότερα από ό, τι ήταν το 1900. Σε αυτό το στάδιο, γύρω στο 2040 έως το 2050, η πολιτισμένη ζωή όπως την ξέρουμε σε αυτόν τον πλανήτη θα πάψει να υπάρχει. "

Ο Αλεξάντερ Κινγκ, ο τότε ηγέτης της Λέσχης της Ρώμης, αξιολόγησε τα αποτελέσματα του προγράμματος ώστε να σημαίνει ότι τα έθνη-κράτη θα χάσουν την κυριαρχία τους προβλέποντας μια νέα παγκόσμια τάξη με εταιρείες που διαχειρίζονται τα πάντα.

"Η κυριαρχία των εθνών δεν είναι πλέον απόλυτη", δήλωσε ο Κινγκ στο ABC. "Υπάρχει βαθμιαία μείωση της κυριαρχίας, λίγο λίγο. Αυτό θα συμβεί ακόμα και στα μεγάλα έθνη".

Πώς λειτουργεί το πρόγραμμα;

Το World One, το πρόγραμμα ηλεκτρονικού υπολογιστή, εξέτασε τον κόσμο ως ένα σύστημα. Η έκθεση το ονόμασε «μια ηλεκτρονική περιήγηση στην συμπεριφορά μας από το 1900 και που θα μας οδηγήσει αυτή η συμπεριφορά». Το πρόγραμμα παρήγαγε γραφήματα που έδειξαν τι θα συνέβαινε στον πλανήτη δεκαετίες στο μέλλον και σχεδίασε στατιστικές και προβλέψεις για τέτοιες μεταβλητές όπως ο πληθυσμός , η ποιότητα ζωής, η προμήθεια φυσικών πόρων, η ρύπανση κλπ. Ακολουθώντας τις ευθείες της τάσης, θα μπορούσαμε να δούμε πού θα γίνουν οι κρίσεις.

Μπορούμε να αποτρέψουμε την καταστροφή;

Ως ένα μέτρο για την πρόληψη της καταστροφής, ο Όμιλος της Ρώμης προέβλεψε ότι ορισμένα έθνη, όπως οι ΗΠΑ, θα πρέπει να περιορίσουν τις ορέξεις τους να κατααβροχθίζουν τους πόρους του κόσμου. Ευελπιστούμε ότι στο μέλλον το γόητρο θα είναι αποτέλεσμα της "χαμηλής κατανάλωσης" - κάτι που δεν έχει υλοποιηθεί μέχρι στιγμής. Σήμερα, εννέα στους δέκα ανθρώπους σε ολόκληρο τον κόσμο αναπνέουν αέρα με υψηλά επίπεδα ρύπανσης, σύμφωνα με στοιχεία του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας. Εκτιμάται ότι 7 εκατομμύρια θάνατοι κάθε χρόνο μπορούν να αποδοθούν στη ρύπανση.

Εδώ, ο Parag Khanna δίνει τις λεπτομέρειες του τι μπορεί να είναι ο κόσμος στο εγγύς μέλλον, αν δεν αλλάξουμε την πορεία:

 

Πηγή: https://bigthink.com/paul-ratner/in-1973-an-mit-computer-predicted-the-end-of-civilization-so-far-its-on-target

Οι χημικοί θέλουν να μειώσουν το CO2 που εκλύεται από την παραγωγή αμμωνίας

Η βιομηχανική παραγωγή αμμωνίας εκπέμπει περισσότερο CO₂ από οποιαδήποτε άλλη χημική αντίδραση. Οι χημικοί θέλουν να το αλλάξουν

Οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο εργάζονται για να μειώσουν την ποσότητα των αερίων θερμοκηπίου που εκπέμπει η διαδικασία παραγωγής αμμωνίας

Από τον Leigh Krietsch Boerner, ειδικό στην C&EN 15 ΙΟΥΝΙΟΥ 2019 | ΔΗΜΟΣΙΕΥΤΗΚΕ ΣΤΟ ΤΟΜΟ 97, ΤΕΥΧΟΣ 24

Το δοκιμαστικό εργοστάσιο πράσινης αμμωνίας της Siemens χρησιμοποιεί αιολική ενέργεια για τη μετατροπή υδρογόνου και αζώτου σε αμμωνία και στεγάζεται σε εμπορευματοκιβώτια.

Μέσω της ACS πιστώνεται στη: Siemens

Η διαδικασία Haber-Bosch, η οποία μετατρέπει το υδρογόνο και το άζωτο σε αμμωνία, θα μπορούσαμε να πούμε ότι είναι μία από τις σημαντικότερες βιομηχανικές χημικές αντιδράσεις που έχουν ποτέ αναπτυχθεί. Η διαδικασία κατέστησε ευρέως διαθέσιμα τα λιπάσματα αμμωνίας, συμβάλλοντας στην αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού καθώς οι αποδόσεις της γεωργίας αυξήθηκαν γρήγορα σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Σε παγκόσμιο επίπεδο, οι μονάδες παραγωγής αμμωνίας παρήγαγαν το 2010 157,3 εκατομμύρια μετρικούς τόνους (t) της ένωσης, σύμφωνα με την βάση δεδομένων του Ινστιτούτου Βιομηχανικής Παραγωγικότητας της Βιομηχανικής Απόδοσης. Μεταξύ 75 και 90% αυτής της αμμωνίας πηγαίνει προς την παραγωγή λιπασμάτων και περίπου το 50% της παγκόσμιας παραγωγής τροφίμων βασίζεται σε λιπάσματα αμμωνίας.

Η υπόλοιπη αμμωνία χρησιμοποιείται στην παρασκευή φαρμάκων, πλαστικών, υφασμάτων, εκρηκτικών και άλλων χημικών ουσιών. Σχεδόν κάθε συνθετικό προϊόν με άτομα αζώτου που χρησιμοποιούμε  έρχεται κατά κάποιο τρόπο σε μας μέσω της διαδικασίας Haber-Bosch, λέει ο Karthish Manthiram, χημικός μηχανικός του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. "Όλα αυτά τα άτομα αζώτου προήλθαν από αμμωνία, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχει αυτό το τεράστιο αποτύπωμα διοξειδίου του άνθρακα ενσωματωμένο σε όλα τα διαφορετικά προϊόντα που χρησιμοποιούμε".

Αυτό το τεράστιο αποτύπωμα άνθρακα υπάρχει επειδή, αν και η διαδικασία Haber-Bosch αντιπροσωπεύει μια τεράστια τεχνολογική πρόοδο, πάντα ήταν ενεργειακά απαιτητική. Η αντίδραση, η οποία διεξάγεται σε θερμοκρασίες γύρω στους 500 °C και σε πιέσεις μέχρι περίπου 20 MPa, απορροφά περίπου το 1% της συνολικής παραγωγής ενέργειας στον κόσμο. Σύμφωνα με το Ινστιτούτο Βιομηχανικής Παραγωγικότητας, το 2010 η παραγωγή έφτασε σε περίπου 451 εκατομμύρια τόνους CO₂. Το σύνολο αυτό αντιπροσωπεύει περίπου το 1% των παγκόσμιων ετήσιων εκπομπών CO₂, περισσότερο από οποιαδήποτε άλλη βιομηχανική χημική αντίδραση

Το αποτύπωμα άνθρακα της σύνθεσης αμμωνίας υπερβαίνει τις ενεργειακές της ανάγκες. Το υδρογόνο που χρησιμοποιείται για την αντίδραση προέρχεται από φυσικό αέριο, άνθρακα ή πετρέλαιο μέσω διαδικασιών που απελευθερώνουν CO₂. Σύμφωνα με μια κοινή έκθεση του 2013 του Διεθνούς Οργανισμού Ενέργειας, του Διεθνούς Συμβουλίου Χημικών Συλλόγων και της Εταιρείας Χημικών Μηχανικών και Βιοτεχνολογίας, οι εκπομπές CO₂ από την παραγωγή υδρογόνου αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το μισό των συνολικών εκπομπών που προέρχονται από ολόκληρη τη διαδικασία παραγωγής αμμωνίας. Συνολικά, από τις πρώτες ύλες υδρογονανθράκων έως τη σύνθεση ΝΗ₃, κάθε μόριο ΝΗ₃ που παράγεται απελευθερώνει ένα μόριο CO₂ ως παραπροϊόν.

Και η ανάγκη μας για τα λιπάσματα αμμωνίας αυξάνεται. Σύμφωνα με τον Οργανισμό Τροφίμων και Γεωργίας των Ηνωμένων Εθνών, η ζήτηση λιπασμάτων αζώτου αναμένεται να αυξηθεί από 110 εκατομμύρια τόνους το 2015 σε σχεδόν 119 εκατομμύρια τόνους μέχρι το 2020.

Χημικοί και μηχανικοί σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να καταστήσουν τη σύνθεση αμμωνίας βιώσιμη. Ορισμένοι εργάζονται για να τροφοδοτήσουν την αντίδραση με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και να παράγουν υδρογόνο χωρίς ορυκτά καύσιμα. Άλλοι επιθυμούν να βρουν μια πιο αποτελεσματική αντίδραση από τη Haber-Bosch για να συνθέσουν αμμωνία. Οι ερευνητές παραδέχονται ότι η πρόοδος είναι αργή αλλά αξίζει τον κόπο.

"Η αμμωνία όπως παράγεται σήμερα για τα λιπάσματα είναι ουσιαστικά ένα προϊόν ορυκτών καυσίμων", λέει ο Douglas MacFarlane, ηλεκτροχημικός από το Πανεπιστήμιο Monash. "Το μεγαλύτερο μέρος του φαγητού μας προέρχεται από λιπάσματα. Επομένως, το φαγητό μας είναι ουσιαστικά ένα προϊόν των ορυκτών καύσιμων. Και αυτό δεν είναι βιώσιμο. "

Στα πράσινα εργοστάσια αμμωνίας σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένης της Ιαπωνίας, της Αγγλίας, της Αυστραλίας και των ΗΠΑ, οι ερευνητές πειραματίζονται με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και πρώτων υλών για να παράγουν την πολύτιμη χημική ουσία σε μικρές κλίμακες. Αυτές οι εταιρείες χρησιμοποιούν ως επί το πλείστον τη συμβατική διαδικασία Haber-Bosch, αλλά αντί να στηρίζονται σε ορυκτά καύσιμα για να παράγουν υδρογόνο και να μαγειρεύουν τις χημικές αντιδράσεις, χρησιμοποιούν ηλεκτρόλυση νερού και εναλλακτικές πηγές ενέργειας.

Από τον περασμένο χρόνο, η ιαπωνική εταιρεία JGC δοκιμάζει αυτές τις προσεγγίσεις σε ένα δοκιμαστικό εργοστάσιο στο Ινστιτούτο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας της Fukushima. Μέσω ενός εθνικού προγράμματος που ονομάζεται SIP Energy Carriers, η εταιρεία συνεργάστηκε με το Εθνικό Ινστιτούτο Προηγμένων Βιομηχανικών Επιστημών και Τεχνολογίας (AIST) για να ανοίξει το εργοστάσιο επίδειξης για την παραγωγή πράσινης αμμωνίας. Μπορεί να λειτουργεί με ηλιακή ενέργεια, παράγει υδρογόνο μέσω ηλεκτρόλυσης νερού και λειτουργεί βασισμένο σε μια αντίδραση τύπου Haber-Bosch χρησιμοποιώντας έναν νέο καταλύτη ρουθηνίου που αναπτύχθηκε από την JGC σε συνεργασία με το AIST.

"Το κύριο πλεονέκτημα της διαδικασίας μας είναι ότι το υδρογόνο παράγεται σε πολύ χαμηλότερη πίεση από τη συμβατική διαδικασία", λέει ο Mototaka Kai, διευθυντής του έργου στο εργοστάσιο. Η πίεση του υδρογόνου είναι περίπου 5 MPa, λέει ο Mototaka, το οποίο είναι περίπου το ένα τρίτο έως το ένα τέταρτο της πίεσης του παραδοσιακού εργοστασίου της Haber-Bosch. Αυτή η χαμηλότερη πίεση έχει δύο πλεονεκτήματα. Η αντίδραση είναι ασφαλέστερη επειδή λειτουργεί με χαμηλότερη πίεση. Επιπλέον, η μονάδα απαιτεί λιγότερη ενέργεια για να συμπιέσει το σύστημα. Επί του παρόντος, το εργοστάσιο παράγει 20-50 kg αμμωνίας την ημέρα.

Η Siemens στο Ηνωμένο Βασίλειο συνεργάζεται με ερευνητές του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, το Συμβούλιο Επιστημών και Τεχνολογίας του Ηνωμένου Βασιλείου και το Πανεπιστήμιο του Κάρντιφ για να οργανώσουν μια εγκατάσταση επίδειξης χρησιμοποιώντας τη χαρακτηριστική διαδικασία Haber-Bosch, την οποία τροφοδοτεί με ενέργεια από τον άνεμο. Ο Ian Wilkinson, διευθυντής προγράμματος στην εταιρική τεχνολογία της Siemens, αναφέρει δύο λόγους για τους οποίους η εταιρεία επέλεξε να χρησιμοποιεί μόνο την ώριμη τεχνολογία που είναι διαθέσιμη σήμερα για να λειτουργήσει το εργοστάσιό της. Πρώτον, η Siemens θέλει να δείξει ότι μπορεί να παράγει αμμωνία ανανεώσιμα, με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να κλιμακωθεί γρήγορα σε μεγαλύτερες ποσότητες. Η εταιρεία θεωρεί επίσης το εργοστάσιο ως δοκιμαστικό σύστημα για την εξέλιξη της τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένων των δοκιμών ανάπτυξης καταλύτη Haber-Bosch και δοκιμών καύσης αμμωνίας.

Το σχέδιο έχει λειτουργήσει μέχρι τώρα. Το μικρό εργοστάσιο, που είναι εγκατεστημένο σε ναυτιλιακά εμπορευματοκιβώτια, παίρνει ηλεκτρική ενέργεια από μια ανεμογεννήτρια, τη χρησιμοποιεί σε μια μονάδα ηλεκτρόλυσης υδρογόνου και στη συνέχεια χρησιμοποιεί το προκύπτον υδρογόνο για να συνθέσει αμμωνία. Εάν η εταιρεία κρατάει το εργοστάσιο σε συνεχή λειτουργία, παίρνει 30 κιλά αμμωνίας την ημέρα, λέει ο Wilkinson. "Είναι ένα σύστημα μικρής κλίμακας, δια την απόδειξη της αρχής λειτουργίας", λέει, σημειώνοντας ότι το μόνο πράγμα στο εργοστάσιο που η επιχείρηση δεν αγόρασε από την ελεύθερη αγορά είναι ο βρόχος σύνθεσης στον οποίο λαμβάνει χώρα η πραγματική αντίδραση Haber-Bosch. "'Έπρεπε να φτιάξουμε τον δικό μας. Δεν μπορείτε να τα αγοράσετε έναν τόσο μικρό βρόγχο", λέει.

Η σύνθεση αμμωνίας σε ένα αιολικό πάρκο θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση ενός από τα μεγαλύτερα προβλήματα με τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας - παράγουν ενέργεια κατά διαστήματα. Ο ήλιος δεν λάμπει πάντα και ο άνεμος δεν φυσάει πάντα, έτσι πώς θα παράγετε ηλεκτρική ενέργεια με συνέπεια; Η καύση αμμωνίας που παράγεται με ανανεώσιμο τρόπο μπορεί να είναι μία απάντηση, λέει ο Wilkinson. Τόσο η Siemens όσο και η JGC ενδιαφέρονται για την παραγωγή πράσινης αμμωνίας όχι μόνο για την παραγωγή λιπασμάτων αλλά και για τη σύνθεση καυσίμου χωρίς άνθρακα. Παρόμοια με τη βενζίνη, η αμμωνία μπορεί να μεταφερθεί και να αποθηκευτεί, και είναι ευκολότερη στο χειρισμό από το αέριο υδρογόνο, είναι λοιπόν ένα άλλο πιθανό καύσιμο χωρίς άνθρακα.

"Η αμμωνία είναι αυτό που μου αρέσει να ονομάζω ένα μόριο σύνδεσης", λέει ο Manthiram. "Είναι χρήσιμο ως λίπασμα. Είναι χρήσιμο για φαγητό. Είναι χρήσιμο για την αποθήκευση ενέργειας. "Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές μπορεί να συνδυάσει το άζωτο από τον αέρα και το υδρογόνο από το νερό για να παράγει ένα καύσιμο που μπορεί να μεταφέρεται εύκολα, λέει. Και οι εταιρείες έχουν ήδη κάνει μεταφορές αμμωνίας μέσα από τους ωκεανούς για τις τρέχουσες χρήσεις, λέει ο MacFarlane. "Η τεχνολογία αυτή είναι καλά κατανοητή σε μεγάλες ποσότητες αμμωνίας."

Αλλά ανεξάρτητα από το πώς αυτές οι εταιρείες σκοπεύουν να χρησιμοποιήσουν την αμμωνία που παράγεται από τα πράσινα εργοστάσιά τους, εξακολουθούν να χρησιμοποιούν τη Haber-Bosch για να συνθέσουν το μόριο. Η αντίδραση περιλαμβάνει την αντίδραση υδρογόνου και αερίου αζώτου πάνω σε ένα καταλύτη σιδήρου, σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις. Και δεν είναι μια μέθοδος πολύ αποτελεσματική, λέει ο MacFarlane. Κάθε μετρικός τόνος αμμωνίας περιέχει περίπου 5 MWh ενέργειας. "Τα καλύτερα και πιο αποδοτικά εργοστάσια με τη Haber-Bosch διαδικασία λειτουργούν με κατανάλωση περίπου 10 MWh ανά μετρικό τόνο αμμωνίας", λέει ο MacFarlane. "Έτσι, είμαστε περίπου 50% αποτελεσματικοί. Είναι σπατάλη πολλή μεγάλης ποσότητας ενέργειας για αυτό που παίρνετε. "

Η νιτρογενάση είναι το μόνο ένζυμο που είναι γνωστό ότι ανάγει το Ν2 σε ΝΗ3 σε θερμοκρασία και πίεση περιβάλλοντος. Το ένζυμο διασπά την πλούσια σε ενέργεια τριφωσφορική αδενοσίνη (ΑΤΡ) σε διφωσφορική αδενοσίνη (ADP) και χρησιμοποιεί αυτή την ενέργεια για να μεταφέρει ηλεκτρόνια από ένα σύμπλεγμα σιδήρου-θείου (κυανό / κίτρινο) μέσω ενός συμπλέγματος φωσφόρου (ροζ / κίτρινο) στο καταλυτικό συμπαράγοντα σιδήρου-μολυβδαίνιου (πορτοκαλί), όπου το Ν2 ανάγεται.

Μέσω της ACS πιστώνεται στo: Rong Cai

Η μετάβαση σε ανανεώσιμες πρώτες ύλες και ενεργειακές πηγές είναι βραχυπρόθεσμα μια καλή λύση, λέει ο Manthiram, επειδή οι εταιρείες μπορούν να συνδυάσουν αποτελεσματικά τις σημερινές τεχνολογίες ανανεώσιμης ενέργειας με τη Haber-Bosch. Αλλά για να βελτιωθεί η μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα της σύνθεσης αμμωνίας, οι επιστήμονες πρέπει να αλλάξουν πλήρως το παιχνίδι.

"Πολλοί άνθρωποι εξετάζουν εναλλακτικές λύσεις έναντι της Haber-Bosch", λέει η Shelley Minteer, βιοηλεκτροχημικός στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα. "Πώς μπορούμε να κάνουμε κάτι σε χαμηλές θερμοκρασίες και ατμοσφαιρική πίεση ή κοντά στην ατμοσφαιρική πίεση;"

Η έρευνα στον τομέα έχει απογειωθεί από το 2015 περίπου, ίσως λόγω της αυξημένης διαθεσιμότητας χρηματοδότησης, καθώς οι ομοσπονδιακές υπηρεσίες έχουν αρχίσει να εστιάζουν στο θέμα, λέει η Lauren Greenlee, χημικός μηχανικός στο Πανεπιστήμιο του Αρκάνσας. Οι ερευνητές δοκιμάζουν ένα ευρύ φάσμα προσεγγίσεων: ηλεκτροχημεία, ηλεκτροκατάλυση, φωτοκατάλυση και φωτοηλεκτροκατάλυση. Και παίρνουν έμπνευση ακόμη και από τη βιοχημεία. "Αυτή η ποικιλομορφία  που αναπτύσσεται τόσο γρήγορα στο πεδίο αυτό είναι πραγματικά φανταστική γιατί είστε σε θέση να μάθετε ο ένας από τον άλλο, τι λειτουργεί και τι όχι", λέει ο Minteer.

Η ηλεκτροχημική αναγωγή του αζώτου σε αμμωνία μέσω ενός καταλύτη έχει διεγείρει τη φαντασία πολλών επιστημόνων. Οι χημικοί εφαρμόζουν μια διαφορά δυναμικού σε ένα ηλεκτροχημικό κύτταρο για να οδηγήσουν ταυτόχρονα τόσο την οξείδωση του νερού όσο και την αναγωγή του αζώτου. Ο καταλύτης στην άνοδο οξειδώνει το νερό για να σχηματίσει ιόντα υδρογόνου, τα οποία μεταναστεύουν στην κάθοδο, όπου ένας διαφορετικός καταλύτης ανάγει το άζωτο σε αμμωνία. Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει πολυάριθμους καταλύτες ηλεκτροχημικής σύνθεσης αμμωνίας, συμπεριλαμβανομένων νανοδομών ευγενών μετάλλων, μεταλλικών οξειδίων, μεταλλικών νιτριδίων, θειούχων μετάλλων, άνθρακα με άζωτο και βόριο και μεταλλικού λιθίου.

"Αυτό που είναι δελεαστικό για την [ηλεκτροχημεία] είναι ότι μπορείτε να πάρετε τα άτομα υδρογόνου σας απευθείας από τα μόρια του νερού χωρίς να χρειάζεται να περάσετε από το μοριακό υδρογόνο", λέει η Greenlee. "Εάν, θεωρητικά, η ηλεκτροχημική σας διαδικασία παίρνει ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, εξαλείφετε την ανάγκη για ορυκτά καύσιμα τόσο για την αναγκαία ενέργεια για την απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια της ηλεκτρόλυσης όσο και για την παραγωγή του υδρογόνου." Αυτή η μέθοδος αποφεύγει επίσης την ανάγκη ηλεκτρόλυσης ως ξεχωριστό βήμα και έχει τη δυνατότητα να λειτουργεί σε χαμηλή πίεση και πιθανώς χαμηλή θερμοκρασία, λέει. Υπάρχουν "σε αυτήν πολλά σημεία που είναι πραγματικά θετικά, αν μπορέσουμε να τα βάλουμε να δουλέψουν".

Η ηλεκτροχημεία παρουσιάζει επίσης έναν καλό τρόπο να επιλυθεί το πρόβλημα της βέλτιστης ισορροπίας μεταξύ των ρυθμών αντίδρασης και των αποδόσεων που πρέπει να αντιμετωπίσουν οι χημικοί κατά την εκτέλεση της αντίδρασης Haber-Bosch, λέει ο Manthiram. Η αντίδραση έχει καλές αποδόσεις σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, λέει, αλλά η ταχύτητα είναι αργή. Για να την επιταχύνουν, οι χημικοί αυξάνουν τη θερμοκρασία. Αλλά σε αυτές τις υψηλές θερμοκρασίες, η θερμοδυναμική της αντίδρασης αλλάζει και η απόδοση μειώνεται. Έτσι οι χημικοί αυξάνουν την πίεση για να επαναφέρουν τις αποδόσεις. Αυτό που είναι το καινούργιο σε ένα ηλεκτροχημικό σύστημα είναι ότι οι χημικοί μπορούν να αυξήσουν την τάση αντί της πίεσης, λέει ο Manthiram. "Αυτό που συνήθως απαιτεί εκατοντάδες bar πίεσης για να επιτευχθεί μπορεί να γίνει με κλάσματα ενός volt."

Η τρέχουσα διαδικασία

Σήμερα, η σύνθεση αμμωνίας αρχίζει με την παραγωγή αερίου υδρογόνου από πρώτες ύλες ορυκτών καυσίμων. Μια μονάδα αναμόρφωσης μετατρέπει τις πρώτες ύλες σε μίγμα αερίων που ονομάζεται συνθετικό αέριο (syngas), το οποίο περιλαμβάνει υδρογόνο. Ένας μετατροπέας CO συνδυάζει το νερό και το μονοξείδιο του άνθρακα από το syngas για να σχηματίσει CO2 και περισσότερο υδρογόνο, και στη συνέχεια η απομάκρυνση του όξινου αερίου (του CO2) απομονώνει το υδρογόνο για σύνθεση αμμωνίας. Αυτή η διαδικασία απελευθερώνει CO2 σε διάφορα βήματα κατά μήκος της διαδρομής.

Διάγραμμα παραγωγής αμμωνίας

Πιστώνεται στην ACS 

Ένα από τα άλλα πιθανά πλεονεκτήματα της ηλεκτροχημικής προσέγγισης είναι ότι το σύστημα αντίδρασης μπορεί να είναι μικρό. Μια συσκευή υπό ανάπτυξη στο εργαστήριο του MacFarlane είναι περίπου στο μέγεθος ενός κινητού τηλεφώνου. Η ιδέα είναι ότι θα μπορούσε να συνθέσει αμμωνία για λίπασμα στην κλίμακα ενός αγροκτήματος ή θερμοκηπίου, οπότε το υλικό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί εκεί όπου κατασκευάστηκε, εξαλείφοντας την ανάγκη για μεταφορά, λέει ο MacFarlane.

Εν τω μεταξύ, άλλοι ερευνητές αναζητούν στη φύση να κατανοήσουν πώς να ανάγουν αποτελεσματικά το άζωτο σε αμμωνία. Ορισμένα βακτήρια χρησιμοποιούν μεγάλα συμπλέγματα πρωτεϊνών που ονομάζονται νιτρογενάσες για να αρπάξουν το άζωτο από τον αέρα και να κάνουν αμμωνία. Η Minteer και η ομάδα της μελέτησαν αυτό το σύστημα για να συνδέσουν αυτά τα βακτηριακά ένζυμα με ηλεκτρόδια για να δημιουργήσουν νέους ηλεκτροκαταλύτες. Αλλά έχουν ακόμα πολύ δρόμο, λέει η Minteer . Τα συστήματά τους κάνουν μεγαλύτερη αναγωγή πρωτονίων (Η+) από παραγωγή αμμωνίας. Ο στόχος είναι να φτάσουμε στο σημείο όπου παράγουν 99% αμμωνία και 1% υδρογόνο. Αυτή τη στιγμή, τα συστήματά τους παράγουν περίπου 40% αμμωνία και 60% υδρογόνο, λέει.

Αυτή η συσκευή, που αναπτύχθηκε από τον Douglas MacFarlane 

και συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο Monash, μπορεί να 

μετατρέψει το υδρογόνο και το άζωτο σε αμμωνία μέσα

 σε ένα πακέτο μεγέθους κινητού τηλεφώνου.

Μέσω της ACS πιστώνεται στo: Douglas MacFarlane

Οι επιστήμονες σε όλο το πεδίο αντιμετωπίζουν αυτό το πρόβλημα με την απόδοση του καταλύτη και την εκλεκτικότητα. Ως αποτέλεσμα, η αμμωνία που προέρχεται από αυτά τα συστήματα που δεν είναι Haber-Bosch είναι μια στάλα, όχι ένας χείμαρρος. Είναι πιο εύκολο, χημικά, να φτιάξετε αέριο υδρογόνο παρά αμμωνία. "Οι περισσότεροι καταλύτες που θα ήταν δραστικοί για τη αναγωγή του αζώτου είναι επίσης πολύ δραστήριοι για την παραγωγή του υδρογόνου", λέει η Greenlee.

"Ο καταλύτης πρέπει να είναι σε θέση να σπάσει τον τριπλό δεσμό αζώτου, ο οποίος είναι ένας πολύ ισχυρός και αδρανής δεσμός", λέει ο Manthiram. Μόλις ο δεσμός σπάσει, ο καταλύτης χρειάζεται να σχηματίσει τους τρεις δεσμούς αζώτου-υδρογόνου, όλα σε συνθήκες περιβάλλοντος χωρίς να καταφεύγουμε σε υψηλές θερμοκρασίες ώστε να επιταχύνουμε την κινητική. Αυτός είναι ένας υψηλός στόχος και κάτι που δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί, λέει.

Αλλά οι χημικοί ίσως το έχουν καταφέρει και απλά δεν το γνώριζαν, λέει ο Minteer. Οι επιστήμονες έχουν μελετήσει έντονα καταλύτες εξέλιξης υδρογόνου για τα τελευταία 20 χρόνια. "Έχουμε μάθει πολλά για το πώς να φτιάξουμε καταλύτες για την εξέλιξη του υδρογόνου." Είναι πιθανό, πιστεύει, ότι μερικοί από τους καταλύτες που απέτυχαν στην εξέλιξη του υδρογόνου ήταν πραγματικά ικανοί να παράγουν αμμωνία. «Πρέπει ουσιαστικά να μάθουμε για όλους εκείνους τους καταλύτες που οι άνθρωποι που έκαναν που δεν δούλευαν, που δεν παράγουν υδρογόνο και δουν αν είναι χρήσιμοι για την παραγωγή αμμωνίας», λέει.

Η Greenlee επισημαίνει ότι οι λύσεις πρέπει να ξεπεράσουν το σχεδιασμό του καταλύτη. Οι επιστήμονες πρέπει να καταλάβουν πώς να ελέγχουν, να μειώνουν ή να εξαλείφουν την εξέλιξη της αντίδρασης του υδρογόνου. "Θα είναι κάποιος συνδυασμός σχεδιασμού καταλύτη και ελέγχου του περιβάλλοντος της επιφάνειας του καταλύτη ή της διασύνδεσης για να είναι σε θέση να ελέγξει ή να καταστείλει το υδρογόνο", λέει.

Εκτός από αυτό το ζήτημα επιλεκτικότητας, οι επιστήμονες πρέπει επίσης να ανησυχούν. για το πόσο καιρό αυτοί οι καταλύτες θα διαρκούν, λέει ο MacFarlane, και είναι κάτι που πολλές ομάδες δεν σκέφτονται ακόμα. Για να είναι πρακτικό ένα νέο σύστημα παραγωγής αμμωνίας, όπως σε μια ηλεκτροχημική συσκευή σαν αυτή στην οποία εργάζεται η ομάδα του, οι καταλύτες θα πρέπει να παραμείνουν δραστήριοι και βιώσιμοι για χρόνια, ακόμα και αν το σύστημα θα μπορούσε να αποσυναρμολογηθεί και να ανακατασκευαστεί. "Ο χρόνος ζωής του καταλύτη είναι μια πρόκληση που δεν έχει ακόμη προσδιοριστεί και κατανοηθεί σαφώς." Οι περισσότεροι δεν δημοσιεύουν στοιχεία για τις ζωές τους, αλλά ο μεγαλύτερος χρόνος που έχει δει είναι περίπου μια μέρα, λέει.

Ο δρόμος προς την αμμωνία χωρίς Haber-Bosch είναι μακρύς, λέει ο Minteer. Είτε πρόκειται για σύστημα ηλεκτροκαταλύσεως, φωτοκατάλυσης είτε για βιοκατάλυση, οποιαδήποτε ελπιδοφόρα σε εργαστηριακή κλίμακα αντίδραση θα εξακολουθήσει να χρειάζεται τουλάχιστον μια δεκαετία ή δύο για να μεταφερθεί σε εμπορική κλίμακα, λέει.

Η αναζήτηση εναλλακτικών λύσεων για τη Haber-Bosch είναι επίσης ένα ρίσκο, λέει ο Manthiram, διότι ότι επιδιώκουν οι επιστήμονες τώρα δεν μπορεί να τους ξεφύγει. Αλλά με την παραγωγή αμμωνίας που αγγίζει τόσα πράγματα που χρησιμοποιούμε κάθε μέρα, συμπεριλαμβανομένων των τροφίμων και των φαρμακευτικών προϊόντων, οι επιστήμονες πρέπει να βρουν έναν τρόπο να καταστήσουν αυτά τα εργαστηριακής κλίμακας  συστήματα ικανά να λειτουργούν σε μεγαλύτερες κλίμακες, λέει. "Είναι δύσκολο να φανταστούμε έναν κόσμο όπου θα είμαστε απλά εντάξει με τον τρόπο που παράγουμε αμμωνία σήμερα".

Σφάλματα από τον αέρα του εργαστηρίου: Οι δοκιμές και η ταλαιπωρία της ανάπτυξης καταλυτών αμμωνίας

Όταν η Shelley Minteer στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα άρχισε αρχικά να μελετά πώς τα βακτηριακά ένζυμα, που ονομάζονται νιτρογενάσες, παράγουν αμμωνία, παρατήρησε κάτι αστείο. Ορισμένες ημέρες, τα σύμπλοκα δεν παρήγαγαν αμμωνία. Σε άλλες μέρες, παρήγαγαν μεγάλη ποσότητα. Ο ένοχος? Η κυρία καθαρισμού.

"Θα βλέπαμε κορύφωση στην παραγωγή τις ημέρες που καθάριζε το πάτωμα", λέει η Minteer.

Το άζωτο και η αμμωνία είναι γύρω μας. Το άζωτο αντιπροσωπεύει το 78% του αέρα που αναπνέουμε και μόρια που περιέχουν άζωτο όπως η αμμωνία βρίσκονται σε πολλά πλαστικά, υφάσματα και είδη καθαρισμού. Αυτά τα μόρια μπορούν να κολλήσουν σε σωληνώσεις, γάντια και γυάλινα σκεύη. "Είναι πολύ δύσκολο, αν όχι αδύνατο, να βγάλουμε από όλα τα δείγματα όλους τους ρύπους αμμωνίας", λέει η Minteer. Οι μολυσματικές ουσίες περιλαμβάνουν επίσης άλλες ενώσεις που περιέχουν άζωτο, όπως νιτρώδη και νιτρικά, τα οποία μπορούν εύκολα να αντιδράσουν για να σχηματίσουν αμμωνία.

Το πεδίο νέων καταλυτών που παράγουν αμμωνία είναι ακόμα νέος, λέει ο Lauren Greenlee, χημικός μηχανικός στο Πανεπιστήμιο του Αρκάνσας. "Οι καταλύτες απλά δεν είναι πολύ αποτελεσματικοί." Οι επιστήμονες κάνουν μικρές ποσότητες καταλύτη και έπειτα δοκιμάζονται σε μικρές κλίμακες. "Το πρόβλημα είναι ότι οι ποσότητες αμμωνίας που παράγονται στην πραγματικότητα από πολλούς ηλεκτροκαταλύτες δεν είναι πολύ μεγαλύτερες από αυτές που θα μετρήσετε στο παρασκήνιο".

Πώς λοιπόν ξέρετε αν η αμμωνία που μετράτε στην πραγματικότητα προήλθε από τον καταλύτη σας και όχι από τους ρύπους στο εργαστήριο; Χωρίς κατάλληλους ελέγχους, δεν το λέτε, λέει η Minteer. Εάν μέρος αυτής της αμμωνίας προέρχεται από το υπόβαθρο, οι επιστήμονες μπορεί να πιστεύουν ότι ο καταλύτης τους λειτουργεί καλά όταν μπορεί να μην είναι έτσι.

Επί του παρόντος, τα περιοδικά δεν απαιτούν δεδομένα σχετικά με συγκεκριμένα πειράματα ελέγχου για τη δημοσίευση δεδομένων από καταλύτη που παράγει αμμωνία. Το αν τα περιοδικά θα πρέπει να απαιτούν αυτούς τους ελέγχους είναι θέμα συζήτησης στην κοινότητα. "Έχω μιλήσει με μερικούς ανθρώπους που υποστήριξαν ότι πρέπει να περιμένουμε και να μην κάνουμε ελέγχους", λέει η Greenlee. Ίσως αυτά τα μέλη του πεδίου υποστηρίζουν ότι η κοινότητα των καταλυτών θα προχωρήσει και οι καταλύτες θα γίνουν πιο αποτελεσματικοί έτσι ώστε η διαφορά μεταξύ του τι παράγει ο καταλύτης και της ποσότητας της αμμωνίας περιβάλλοντος θα γίνει μεγαλύτερη.

Παρόλο που αυτό μπορεί να συμβεί, αυτή η προσέγγιση "περίμενε και κοίτα" έχει προβλήματα, λέει η Greenlee. Εάν μια ομάδα αναφέρει έναν καταλύτη υψηλής απόδοσης, άλλοι ερευνητές μπορεί να αρχίσουν να εργάζονται με αυτόν, θεωρώντας ότι πρόκειται για βελτίωση. "Αλλά τι γίνεται εάν αυτή δεν είναι η σωστή κατεύθυνση που πρέπει να πάρει, γιατί η ομάδα δεν μέτρησε το υπόβαθρό τους σωστά;" Greenlee ζητά.

Η Greenlee πιστεύει ότι οι ερευνητές θα πρέπει να κάνουν ελέγχους και να λαμβάνουν μετρήσεις υποβάθρου για κάθε καταλύτη κάθε μέρα που εκτελούν πειράματα. Τέτοιοι έλεγχοι θα περιλαμβάνουν πειράματα με ισοτοπικά επισημασμένα μόρια ως τελική αξιολόγηση επιτυχημένων καταλυτών, έτσι ώστε οι επιστήμονες να γνωρίζουν από πού προέρχεται το άζωτο στην αμμωνία. Τα άρθρα που δημοσιεύονται θα πρέπει επίσης να αναφέρουν τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων ελέγχου. "Ακόμα κι αν ένα εργαστήριο κάνει τα κατάλληλα τεστ ελέγχου, είναι πολύ δύσκολο να το πεις όταν γράφεις ένα άρθρο ανακεφαλαίωσης" επειδή δεν αναφέρονται επαρκώς στο αρχικό άρθρο του εργαστηρίου, λέει.

"Υπάρχουν σίγουρα λάθη στην ιστορία της επιστήμης", λέει ο Karthish Manthiram, χημικός μηχανικός στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης. "Εφόσον όλοι παραδέχονται τα λάθη τους, όλοι προχωρούμε μαζί."

Πηγή:
Από την ACS: Industrial ammonia production emits more CO2 than any other chemical-making reaction. Chemists want to change that Χημικά και τεχνολογικά νέα ISSN 0009-2347

Πνευματικά δικαιώματα © 2019 American Chemical Society