ここに示されているようなセメント工場は、地球温暖化の原因となる二酸化炭素の主要な排出源となっています。しかし、これらの汚染物質の一部は、新しいタイプの燃料に変換することができます。この塩は数十年以上安全に保管することができます。
これは、気候変動を遅らせ、その影響を軽減し、急速に変化する世界に地域社会が対処するのを助ける新しい技術と行動を検討するシリーズのもう1つのストーリーです。
一般的な温室効果ガスである二酸化炭素（CO2）を排出する活動は、地球の大気を温暖化させる一因となっています。大気からCO2を抽出して貯留するというアイデアは新しいものではありません。しかし、特に人々が経済的に余裕がある場合、実現は困難です。新しいシステムは、CO2汚染の問題を少し異なる方法で解決します。それは、気候温暖化の原因となるガスを化学的に燃料に変換するのです。
11月15日、マサチューセッツ工科大学（MIT）ケンブリッジ校の研究者らが、画期的な研究結果をCell Reports Physical Science誌に発表した。
彼らの新しいシステムは2つの部分に分かれています。最初の部分は、空気中の二酸化炭素をギ酸と呼ばれる分子に変換して燃料を生成することです。二酸化炭素と同様に、ギ酸は炭素原子1個、酸素原子2個、そして水素原子1個で構成されています。ギ酸には他にもいくつかの元素が含まれています。今回の研究では、ナトリウムまたはカリウムから生成されるギ酸塩を使用しました。
ほとんどの燃料電池は水素を燃料としていますが、これは可燃性ガスであり、輸送にはパイプラインや加圧タンクが必要です。しかし、燃料電池はギ酸ガスでも稼働させることができます。新システムの開発を主導した材料科学者の李儒氏によると、ギ酸ガスのエネルギー含有量は水素に匹敵します。李儒氏は、ギ酸ガスには水素に比べていくつかの利点があると指摘し、より安全で高圧貯蔵を必要としない点を挙げました。
MITの研究者たちは、二酸化炭素から生成するギ酸を試験するために燃料電池を作製しました。まず、ギ酸と水を混合し、その混合物を燃料電池に供給しました。燃料電池内では、ギ酸が化学反応を起こして電子を放出しました。これらの電子は燃料電池の負極から正極へと流れ、電気回路を形成しました。この電子の流れ、つまり電流は、実験中200時間にわたって流れ続けました。
MITでリー氏とともに研究している材料科学者のジェン・チャン氏は、自分のチームが10年以内にこの新技術を拡大できると楽観視している。
MITの研究チームは、化学的手法を用いて二酸化炭素を燃料製造の主要成分に変換しました。まず、二酸化炭素を高アルカリ性の溶液にさらしました。研究チームは苛性ソーダとして知られる水酸化ナトリウム（NaOH）を選択しました。これにより化学反応が起こり、重曹として知られる重炭酸ナトリウム（NaHCO3）が生成されます。
そして電源を入れた。電流が新たな化学反応を引き起こし、重曹分子中の酸素原子がすべて分解され、ギ酸ナトリウム（NaCHO₂）が残った。このシステムは、CO₂中の炭素のほぼすべて、つまり96%以上をこの塩に変換した。
酸素を除去するために必要なエネルギーは、ギ酸の化学結合に蓄えられています。李教授は、ギ酸は位置エネルギーを失うことなく、このエネルギーを数十年にわたって蓄えることができると指摘しました。そして、燃料電池を通過する際に電気を生成します。ギ酸の製造に使用される電力が太陽光、風力、または水力発電から得られる場合、燃料電池で生成される電気はクリーンなエネルギー源となります。
この新技術を拡大するには、「灰汁の豊富な地質資源を見つける必要がある」とリー氏は述べた。彼はアルカリ玄武岩（AL-kuh-lye buh-SALT）と呼ばれる岩石の一種を研究した。この岩石は水と混ぜると灰汁に変化する。
ファーザン・カゼミファー氏は、カリフォルニア州サンノゼ州立大学のエンジニアです。彼の研究は、地下の岩塩層への二酸化炭素の貯留に焦点を当てています。大気中の二酸化炭素を除去することは常に困難で、それゆえに費用もかかると彼は言います。そのため、CO2をギ酸などの利用可能な製品に変換することは利益を生みます。製品のコストは生産コストを相殺できるからです。
大気中の二酸化炭素を回収する研究は数多く行われています。例えば、リーハイ大学の科学者チームは最近、大気中の二酸化炭素をろ過して重曹に変換する別の方法を発表しました。他の研究グループは、特殊な岩石に二酸化炭素を貯留し、固体炭素に変換してアルコール燃料であるエタノールに加工する研究を行っています。これらのプロジェクトのほとんどは小規模であり、大気中の高濃度二酸化炭素の削減にはまだ大きな効果を上げていません。
この画像は二酸化炭素で動く家を示しています。この装置は、二酸化炭素（赤と白の泡の中の分子）をギ酸（青、赤、白、黒の泡）と呼ばれる塩に変換します。この塩は燃料電池で発電に使用されます。
カゼミファー氏は、最善の選択肢は「まず温室効果ガスの排出量を削減すること」だと述べた。その一つの方法は、化石燃料を風力や太陽光などの再生可能エネルギー源に置き換えることだ。これは、科学者が「脱炭素化」と呼ぶ移行の一部である。しかし、気候変動を食い止めるには多面的なアプローチが必要だと付け加えた。この新しい技術は、脱炭素化が難しい地域で炭素を回収するために必要だとカゼミファー氏は述べた。例えば、製鉄所やセメント工場がその例だ。
MITチームは、この新技術を太陽光発電や風力発電と組み合わせることにもメリットがあると考えています。従来のバッテリーは、数週間分のエネルギーを貯蔵するように設計されています。夏の太陽光を冬、あるいはそれ以上の期間貯蔵するには、異なるアプローチが必要です。「ギ酸燃料を使えば、もはや季節ごとの貯蔵に限定されません」とリー氏は述べました。「世代を超えて使える可能性もあるのです。」
金のように輝いているわけではないかもしれないが、「200トンのギ酸塩を息子や娘に遺産として残すことができます」とリー氏は語った。
アルカリ性：溶液中で水酸化物イオン（OH-）を形成する化学物質を表す形容詞。これらの溶液は（酸性ではなく）アルカリ性とも呼ばれ、pHは7以上です。
帯水層：地下に水を貯留できる岩石層。この用語は地下盆地にも適用される。
玄武岩: 通常は非常に密度が高い黒い火山岩 (火山噴火によって大きなガス塊が残っていない限り)。
結合：（化学において）分子中の原子（または原子群）間の半永久的な結合。これは、関与する原子間の引力によって形成される。結合が形成されると、原子は一つのユニットとして機能する。構成原子を分離するには、熱やその他の放射線の形でエネルギーを分子に供給する必要がある。
炭素：地球上のあらゆる生命の物理的基盤となる化学元素。炭素はグラファイトやダイヤモンドの形で自由に存在し、石炭、石灰岩、石油の重要な成分であり、化学的に自己会合することで、化学的、生物学的、商業的価値のある多様な分子を形成する能力があります。（気候研究において）「炭素」という用語は、ある行動、製品、政策、またはプロセスが長期的な大気温暖化に及ぼす可能性のある影響を指す際に、二酸化炭素とほぼ同義に使用されることがあります。
二酸化炭素（CO2）は、あらゆる動物が呼吸する酸素と炭素を豊富に含む食物が反応して生成する無色無臭のガスです。二酸化炭素は、石油や天然ガスなどの化石燃料を含む有機物が燃焼する際にも放出されます。二酸化炭素は地球の大気中の熱を閉じ込める温室効果ガスです。植物は光合成によって二酸化炭素を酸素に変換し、このプロセスを利用して自らの栄養を作り出します。
セメント：2つの材料を結合させて固体に硬化させるために使用される結合剤、または2つの材料を接着するために使用される濃厚な接着剤。（建設）砂または砕石を結合させてコンクリートを形成するために使用される細かく粉砕された材料。セメントは通常粉末として作られますが、水に濡れると泥状のスラリーになり、乾燥すると硬化します。
化学的：2つ以上の原子が一定の比率と構造で結合（結合）してできた物質。例えば、水は2つの水素原子と1つの酸素原子が結合した化学物質です。その化学式はH2Oです。「化学的」は、異なる化合物間の様々な反応によって生じる物質の特性を表す形容詞としても使われます。
化学結合：原子間に働く引力。結合した元素が一つのユニットとして機能するのに十分な強さを持つ。引力には弱いものもあれば、強いものもある。すべての結合は、電子を共有（または共有しようと試みる）ことによって原子を結びつけているように見える。
化学反応: 物質の物理的形態の変化(例: 固体から気体へ)ではなく、物質の分子または構造の再配置を伴うプロセス。
化学：物質の組成、構造、特性、相互作用を研究する科学の一分野。科学者はこの知識を用いて、未知の物質を研究したり、有用な物質を大量に再現したり、新たな有用な物質を設計・創造したりします。（化合物について）化学は、化合物の式、その製造法、あるいはその特性の一部を指すこともあります。この分野で働く人は化学者と呼ばれます。（社会科学において）人々が協力し、仲良く過ごし、互いの付き合いを楽しむ能力。
気候変動：地球の気候における重大かつ長期的な変化。これは自然に発生する場合もあれば、化石燃料の燃焼や森林伐採といった人間の活動の結果として発生する場合もあります。
脱炭素化：二酸化炭素やメタンなどの炭素系温室効果ガスを大気中に排出する汚染技術、活動、エネルギー源からの意図的な移行を指します。気候変動に寄与する炭素ガスの量を削減することが目標です。
電気: 通常は電子と呼ばれる負に帯電した粒子の動きによって生じる電荷の流れ。
電子: 通常は原子の外側の領域を周回する負に帯電した粒子。固体内の電気のキャリアでもあります。
エンジニア：科学と数学を用いて問題を解決する人。動詞として使われる場合、「エンジニア」という言葉は、問題や満たされていないニーズを解決するために、装置、材料、またはプロセスを設計することを意味します。
エタノール：エチルアルコールとも呼ばれるアルコールの一種で、ビール、ワイン、蒸留酒などのアルコール飲料の原料となります。また、溶剤や燃料（例えば、ガソリンと混合して使用されることが多い）としても使用されます。
フィルター: (n.) サイズやその他の特性に応じて、一部の物質を通過させ、他の物質を通過させるもの。 (v.) サイズ、密度、電荷などの特性に基づいて、特定の物質を選択するプロセス。 (物理学) 光やその他の放射線を吸収するか、その成分の一部が通過するのを選択的に防ぐ物質のスクリーン、プレート、または層。
ギ酸塩：脂肪酸の酸化型であるギ酸の塩またはエステルの総称。（エステルとは、特定の酸の水素原子を特定の有機基に置換することで形成される炭素系化合物です。多くの脂肪や精油は、天然に存在する脂肪酸エステルです。）
化石燃料: 石炭、石油 (原油)、天然ガスなど、地球内部で何百万年もかけて細菌、植物、動物の腐敗した残骸から形成された燃料。
燃料：制御された化学反応または核反応によってエネルギーを放出する物質。化石燃料（石炭、天然ガス、石油）は、加熱（通常は燃焼点まで）すると化学反応によってエネルギーを放出する一般的な燃料です。
燃料電池：化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置。最も一般的な燃料は水素で、副産物は水蒸気のみです。
地質学：地球の物理的構造、物質、歴史、そして地球上で起こるプロセスに関連するあらゆるものを表す形容詞。この分野で働く人は地質学者と呼ばれます。
地球温暖化：温室効果により地球の大気全体の温度が徐々に上昇すること。この現象は、大気中の二酸化炭素、フロンガス、その他のガスの濃度上昇によって引き起こされ、その多くは人間の活動によって排出されている。
水素：宇宙で最も軽い元素。気体としては無色無臭で、極めて可燃性が高い。多くの燃料、脂肪、そして生体組織を構成する化学物質の成分である。水素は陽子（原子核）とその周りを回る電子から構成される。
イノベーション: (動詞: 革新する、形容詞: 革新する) 既存のアイデア、プロセス、または製品を調整または改良して、より新しく、よりスマートに、より効率的に、またはより有用なものにすること。
苛性ソーダ：水酸化ナトリウム（NaOH）溶液の一般名。苛性ソーダは、固形石鹸を作る際に、植物油や動物性脂肪などの他の成分と混ぜられることが多い。
材料科学者：物質の原子および分子構造とその全体的な特性との関係を研究する研究者。材料科学者は、新しい材料の開発や既存の材料の分析を行うことがあります。密度、強度、融点といった材料の全体的な特性を分析することで、エンジニアやその他の研究者は、新しい用途に最適な材料を選択することができます。
分子：電気的に中性な原子の集合体であり、化合物の最小量を表します。分子は、1種類の原子から構成される場合もあれば、複数の種類の原子から構成される場合もあります。例えば、空気中の酸素は2つの酸素原子（O₂）から構成され、水は2つの水素原子と1つの酸素原子（H₂O）から構成されています。
汚染物質：空気、水、人、食品などを汚染する物質。汚染物質には、農薬などの化学物質が含まれます。また、過度の熱や光を含む放射線も汚染物質となる場合があります。雑草やその他の外来種も、バイオファウリングの一種とみなすことができます。
強力: 非常に強力または効力のあるもの (細菌、毒、薬、酸など) を指す形容詞。
再生可能：水、植物、太陽光、風など、無限に代替可能な資源を指す形容詞。これは、供給量が限られており、事実上枯渇する可能性のある再生不可能な資源とは対照的です。再生不可能な資源には、石油（およびその他の化石燃料）や比較的希少な元素や鉱物が含まれます。