Uzrok klimatskih promjena
Usljed povećane potrošnje fosilnih goriva – nafte, derivata nafte te uglja – koncentracija ugljikovog dioksida u atmosferi se povećava. Nekada smo učili da je koncentracija ovog gasa u atomosferi 300 parts per milion (ppm), a danas je to već 400 ppm.
Posljedica ovog povećanja jesu i klimatske promjene – naime, ugljikov dioksid djeluje kao neka vrsta „štita“ u atmosferi i sprječava snižavanje temperature na našoj planeti, stvara tzv. „efekat staklenika“. Bez ove komponente u atmosferi ili ukoliko bi ona bila smanjena, prosječna temperatura na Zemlji bi opala i dogodilo bi se novo ledeno doba.
Međutim, previše ugljikovog dioksida uzrokuje suprotnu pojavu – preveliko zagrijavanje atmosfere i suše te poremećaje klime i ciklusa vremena, što osjetimo upravo sada. Jasno je da se koncentracija ovog plina u toku istorije mijenjala, ali za život kakav mi danas poznajemo, te za nas same, idealna koncentracija baš oko 300 ppm.
Ako se mi kao čovječanstvo nadamo da ćemo klimatske promjene ograničiti na samo 2 °C zagrijavanja, čeka nas mnogo posla i mnogo političke i ekonomske dobre volje. Stoga treba razmišljati i o potpuno drugačijim pristupima problemu smanjenja emisija stakleničkih plinova.
Ugljikov dioksid nastaje pri sagorijevanju fosilnih goriva, a oslobađa se i u nekim prirodnim procesima, poput erupcija vulkana, te pri disanju i truljenju organskog materijala. U prirodnom ciklusu kruženja ugljika i ugljikovog dioksida kao jednog od spojeva ovog elementa, ugljik iz ovog plina se ugrađuje u živa bića u procesu fotosinteze. Biljke u nizu reakcija „upijaju“ ugljični dioksid iz atmosfere i ugrađuju ga u organske spojeve poput celuloze, skroba, vitamina, enzima te niza drugih spojeva koji postoje u biljkama. Životinje i ljudi, jedući biljke, preuzimaju ove spojeve u sebe, dok one životinje i, naravno ljudi, koji jedu mesu, uzimaju ovaj „upijeni“ ugljen dioksid preko biljojeda, kroz lanac ishrane.
Međutim, šta bi bilo kada bismo mogli koristiti „vještačku fotosintezu“ tj. kada bismo u industrijskim procesima mogli sami ugljikov dioksid pretvarati u nešto nama korisno, primjerice, opet u fosilna goriva? Time bi korištenje fosilnih goriva zapravo postao obnovljivi izvor energije, baš kao što je to danas korištenje solarne energije, energije vjetra i vode. Na taj bismo način mogli ukloniti višak ugljikovog dioksida iz atmosfere i time obrnuti situaciju sa klimatskim promjenama u svoju korist. To je mogućnost da možda spasimo i sebe i živi svijet na planeti.
Upravo na tome naučnici već duže vremena rade.
Nove metode
Na Islandu već postoje postrojenja koja pomoću energije geotermalnih izvora proizvode metanol redukcijom iz ugljikovog dioksida. Naravno, za ovaj proces je potrebna energija i nemaju sve zemlje blagodet geotermalnih izvora kao Island, pa se proces pokušava optimizirati na druge načine - neki projekti koji ovo pokušavaju čine to pomoću električne energija, a neki pomoću solarne energije.
Međutim, za ovu reakciju je potreban i neki katalizator – supstanca koja će pokrenuti hemijsku reakciju i ubrzati je, a upravo u pronaženju efikasnog katalizatora koji nije preskup leži problem ove cijele priče. Zlatni standard za katalizatore je - zlato. Ipak, cijena zlata ($42 000 za kilogram, mart 2019.) je previsoka za ovu svrhu. Pokazalo se da kao katalizator može poslužiti srebro, ali i cink te neki drugi metali.
Kineski naučnici su 2017. u Nature Communications pisali nešto povoljniji katalitički proces iskorištavanja ugljikovog dioksida u svrhu dobijanja goriva i energije, a ove godine australski tim naučnika, predvođen hemičarima Dornom Esrafilzadeh i Torbenom Daeneke objavljuje kako su uspjeli reducirati ugljikov dioksid do čvrstog ugljika na sobnoj temperaturi. Rad je objavljen također u Nature Communications pod naslovom „Room temperature CO2 reduction to solid carbon species on liquid metals featuring atomically thin ceria interfaces“.
Katalizator koji su koristili za ovu reakciju bio je cerijum pomiješan sa tečnim galijumom – jednim od rijetkih metala tečnih na temperaturi od 30oC. Prvo su napravili leguru galijuma, indijuma i kositra koja je tekuća na sobnoj temperaturi i provodi struju. U tu mješavinu su poslije dodali katalitički aktivan cerijuma i stavili sve to u staklenu cijev, zajedno s vodom koja pomaže pretvoriti ugljični dioksid u ugljik.
Kada su naučnici dodali smjesu katalizatora u ugljikov dioksid, on se počeo pretvarati u male crne pahuljice ugljena. Čvrste čestice ugljika se prirodno odvajaju od tekućeg metala i padaju na dno posude, omogućujući kontinuiranu proizvodnju čvrstog ugljika iz ugljičnog dioksida.
Naučnicima još nije sasvim jasan tačan mehanizam ove reakcije, ali kažu kako vjerovatno uključuje pet odvojenih koraka jer cerijum reaguje s kisikom, ugljikovim dioksidom i vodom te konačno oslobađa čvrsti ugljik i čisti kisik kao jedini nusprodukt.
Korištenje ove reakcije u svrhu „upijanja“ ugljikovog dioksida bi bio sjajan način da se smanji koncentracija ovog plina, međutim, treba imati na umu da je emisija samo u 2017. godini iznosila enormnih 32 milijarde tona te sama reakcija, čak i da se koristi na masivnim skalama, ne bi bila dovoljna da se sva ova šteta ukloni. Kazaljke na satu ne možemo vratiti tek tako, ali ih možda možemo ipak malo okrenuti natrag. Ovaj proces bi praktično vratio sve one planine uglja koje smo nekada iskopali.
Naučnici vjeruju kako je ova katalitička „reciklaža“ prvi korak prema jeftinoj metodi za uklanjanje ugljikovog dioksida iz atmosfere i njegovu prenamjenu kao čvrstog uglja.
