Это не магия. Просто химия. Довольно сложная химия.
Мы говорим о металло-органических каркасах (MOF, от англ. Metal-Organic Frameworks). Это не просто какие-то химические вещества. Это структуры на основе углерода, построенные с использованием кластеров атомов металлов внутри. Представьте себе клетку. Металл — это прутья. Остальная часть молекулы — каркас.
Эти клетки могут захватывать другие соединения. Они вступают с ними в реакцию и удерживают их. Как губка, впитывающая жидкость, но в молекулярном масштабе.
Почему это важно?
Возьмем углекислый газ. Вы знаете CO2. Он бесцветен и не имеет запаха. Это парниковый газ. Мы выделяем его, дыша. Так же делают животные, автомобили. Его выделяет сжигание нефти или газа. Растения пытаются «поглотить» его посредством фотосинтеза, превращая в кислород. Но сейчас его слишком много. Это одна из причин изменения климата. Долгосрочных изменений погодных условий Земли, вызванных сжиганием ископаемого топлива или вырубкой лесов.
MOF жаждут этого углерода.
«Эти атомы металлов способны улавливать другие соединения».
Вот в чем суть.
Из чего мы это вообще строим?
Давайте разберемся с компонентами.
Атом — это базовая единица. Крошечное ядро из протонов (положительный заряд) и нейтронов (нейтральные). Электроны (отрицательные) вращаются вокруг него, подобно пушистому облаку.
Когда атомы соединяются? Молекула. Водород + кислород = вода. H2O. Два водорода. Один кислород. Просто.
Теперь добавим заряд.
Если атом теряет или приобретает электроны, он становится ионом. Электростатически заряженным. Электрический заряд — это просто физическая характеристика. Отрицательная или положительная. Если все электроны оторвутся от своих атомов, получится плазма. Ионизированный газ. Горячая штука.
Но вернемся к MOF. Им нужна металлическая составляющая.
Металл хорошо проводит электричество. Он блестит. Отражает свет. Пластичный. Его можно деформировать с помощью тепла, не ломая. В этих каркасах атомы металла действуют как якоря. Они собираются в кластеры. И ждут, пока мимо пройдет CO2.
Это новое понятие? В некотором смысле, да.
Нобелевская премия вручается тем, кто продвигает человечество вперед. Названа в честь Альфреда Нобеля. Он умер в 1896 году, оставив огромное состояние после изобретения динамита. Он завещал свое состояние на премии по физике, химии, медицине, литературе и за вклад в миротворчество. Исследователи MOF? Они могут скоро выстроиться в очередь за этой медалью по химии.
Почему бы просто не отфильтровать воздух?
Воздух в основном состоит из азота. И кислорода.
Кислород составляет примерно 21% нашей атмосферы. Каждому, кто дышит, нужен кислород для роста и метаболизма. Включая вас. Включая микроорганизмы.
Мы могли бы очистить этот воздух от CO2. Но как?
С помощью фильтра. Существительное или глагол. Он блокирует вещи на основе размера. Плотности. Заряда. Большинство фильтров задерживают крупные частицы пыли. А не крошечные молекулы, такие как углекислый газ.
Если только этот фильтр не пористый.
Пористый означает, что он имеет поры. Крошечные отверстия. Губка работает так же. Она впитывает жидкость, удерживает ее, пока вы ее не отожмете. MOF подобны микроскопическим губкам, предназначенным для газов. Они трехмерные. 3D — сокращение от «трехмерный». Высота. Ширина. Длина. Полный объем, а не просто плоский лист.
Они задерживают специфические газы, позволяя другим проходить сквозь себя.
Селективные. Точные.
Большая картина
Урожай — это не просто поле кукурузы, кофе или томатов. Это растение, которое фермеры выращивают целенаправленно. Уход. Сбор урожая. Продажа. Мы пит ourselves урожаем. Урожай поглощает CO2. Но мы сжигаем топливо быстрее, чем оно может его поглотить.
В атмосфере есть «утечка». Оболочка газов, окружающих Землю. Атмосфера удерживает тепло благодаря парниковым газам, таким как CO2.
Часть этого газа токсична. Способна убивать клетки или ткани. Хотя CO2 на текущих уровнях не является строго токсичным, в совокупности он опасен.
Решение этой проблемы не пришло случайно. За этим стоят химики.
Химия изучает состав, структуру и то, как вещи взаимодействуют друг с другом. Область знаний, где вы изучаете рецепт соединения, а затем пытаетесь производить его в массовых масштабах. Или создать что-то совершенно новое.
Химическое вещество — это вещество, образованное атомами, соединенными в фиксированной пропорции. Вода — это химическое вещество. Так же, как и CO2. Этот термин также описывает реакцию между соединениями. Взаимодействие.
Мы понимаем составляющие. Ядро. Электроны. Связи.
Теперь нам нужна воля. Чтобы развернуть эти губки в промышленных масштабах. Чтобы реально внедрить их в scrubbers (системы очистки), подключенные к фабрикам. Или, возможно, даже в башни, которые просто засасывают воздух с неба.
Кажется медленным. Слишком медленным?
Технология существует. Наука обоснована.
Мы просто недостаточно начали.
