Laboris pandi kokku molekul, mis napsab aplalt endasse kasvuhoonegaase

Maa atmosfääri kogunevad kasvuhoonegaasid kiirendavad soojenemist, kui nende hulka kiiresti vähendama ei hakata. Teadlased leidsid molekuli, mis neid gaase kindlalt puuri pistab. Foto: NASA / Wikimedia Commons

Suurbritannia ja Hiina teadlased on sünteesinud laboris uut tüüpi poorse materjali, mida kirjeldavad kui «lõksude lõksu». Selle molekulaarne struktuur on unikaalne ja suudab kinni püüda süsinikdioksiidi ning teisi, veel surema mõjuga kasvuhoonegaase. 

Materjal on valmistatud kaheastmelise reaktsiooniga, kus nii-öelda kolmnurkse prisma kujulised ehitusplokid on kokku pandud suuremateks sümmeetrilisemateks tetraeedrilisteks «karpideks», luues nii uudse molekulaarstruktuuri, väidab meeskond.

Saadud materjali iseloomustab tugev afiinsus selliste kasvuhoonegaaside suhtes, nagu süsinikdioksiid ja seetõttu saaks seda ainet kasutada nende kinnipüüdmiseks.

Samuti on see materjal näidanud suurepärast stabiilsust vees, mis on kriitilise tähtsusega kasutamisel süsiniku kinnipüüdmiseks tööstuslikes tingimustes, näiteks märgades või niisketes gaasivoogudes.

«See on põnev avastus,» ütleb Marc Little, materjaliteadlane Heriot-Watti ülikoolist Edinburghis ja uuringu vanemautor, «sest me vajame uusi poorseid materjale, et aidata lahendada inimkonna suurimaid väljakutseid, nagu kasvuhoonegaaside kinnipüüdmine ja ladustamine.»

Selline see molekulaarne lõks välja näebki erinevate nurkade alt vaadatuna. Foto: teadustöö / Edinburghi ülikool

Kuigi suures mahus ei ole materjali veel testitud, näitasid laborikatsed, et uus molekulaarse lõksuna toimiv materjal suudab kõrge efektiivsusega siduda ka väävelheksafluoriidi (SF6), mida rahvusvaheline kliimamuutuste paneel (Intergovernmental Panel on Climate Change ehk IPCC) peab kõige kahjulikumaks kasvuhoonegaasiks.

Kui süsihappegaas jääb atmosfääri 5–200 aastaks, siis SF6 võib seal püsida 800 kuni 3200 aastat.

Kuigi SF6 tase atmosfääris on palju madalam, annab selle erakordselt pikk eluiga ainele globaalse soojenemise potentsiaali, mis on umbes 23 500 korda suurem kui süsinikdioksiidil sajandi jooksul.

Seega on hädavajalik eemaldada atmosfäärist suures koguses SF6 ja CO2 või hoida neid üldse atmosfääri sattumast, et piirata kliimamuutuste mõju.

Teadlased hindavad, et meil on vaja igal aastal atmosfäärist eemaldada umbes 20 miljardit tonni CO2, et kompenseerida aina suurenevaid süsinikuheiteid.

Seni on süsiniku eemaldamise strateegiad suutnud eemaldada umbes 2 miljardit tonni aastas, kuid see on peamiselt puude ja muldade töö. Ainult umbes 0,1 protsenti süsiniku eemaldamisest, umbes 2,3 miljonit tonni aastas, toimub tänu uutele tehnoloogiatele, nagu otse õhust kinnipüüdmine, mis kasutab poorseid materjale CO2 õhust eemaldamiseks.

Teadlased töötavad uute materjalide kallal, et muuta otse õhust kinnipüüdmine tõhusamaks ja vähem energiamahukaks ning see uus materjal võib olla üks võimalik valik.

Kuid et kliimamuutuste halvimaid mõjusid ära hoida, peame vähendama kasvuhoonegaaside heitkoguseid kiiremini, kui need värsked tehnoloogiad praegu suudavad.

Säärase struktuurse keerukusega materjali loomine ei olnud varem lihtne, isegi kui eellähte molekulid teoreetiliselt end ise kokku panevad.

Strateegia, mida nimetatakse supramolekulaarseks eneseorganiseerumiseks, suudab toota keemiliselt seotud struktuure lihtsamatest ehitusplokkidest, kuid nõuab omalaadset peenhäälestust, sest «parimad reaktsioonitingimused ei ole sageli intuitiivselt ilmselged», selgitavad Little ja kolleegid avaldatud artiklis.

Mida keerulisem on lõplik molekul, seda raskem on seda sünteesida ja seda rohkem võib toimuda molekulaarset «segamini ajamist» nendes reaktsioonides.

Teadlased kasutasid nende starter-molekulide kokkupaneku prognoosimiseks arvutisimulatsioone, arvestades potentsiaalsete lähtemolekulide geomeetriat ning lõppsaaduse keemilist stabiilsust ja jäikust.

Lisaks kasvuhoonegaaside absorbeerimise potentsiaalile pakuvad teadlased välja , et nende uut materjali saab kasutada ka teiste mürgiste aurude eemaldamiseks, nagu lenduvad orgaanilised ühendid, mis kergesti aurustuvad pindadelt, sealhulgas uute autode sisemusest.

«Me näeme seda uuringut olulise sammuna selliste rakenduste tuleviku avamisel,» ütleb Little.

Allikad: Nature Synthesis, Science Alert