Kako ugljen dioksid nastavlja da se nakuplja u Zemljinoj atmosferi, istraživački timovi širom sveta proveli su godine tražeći načine da efikasno uklone gas iz vazduha. U međuvremenu, svetski „ponor“ za ugljen-dioksid iz atmosfere je okean, koji upija oko 30% do 40% celokupnog gasa proizvedenog ljudskim aktivnostima.
Nedavno, mogućnost uklanjanja ugljen-dioksida direktno iz vode okeana pojavila se kao još jedna obećavajuća mogućnost za ublažavanje emisija CO2, koja bi potencijalno jednog dana mogla čak dovesti do ukupnih neto negativnih emisija. Ali, kao i sistemi za hvatanje vazduha, ideja još nije dovela do bilo kakve široke upotrebe, iako postoji nekoliko kompanija koje pokušavaju da uđu u ovu oblast.
Sada, tim istraživača sa MIT-a kaže da su možda pronašli ključ za zaista efikasan i jeftin mehanizam za uklanjanje.
Nalazi su objavljeni ove nedelje u časopisu Energy & Environmental Science, u radu profesora sa MIT-a T. Alana Hatona i Kripe Varanasi, postdoc. Seoni Kim i postdiplomaca Majkla Ničea, Sajmona Rufera i Džeka Lejka.
Postojeće metode za uklanjanje ugljen-dioksida iz morske vode primenjuju napon preko gomile membrana da zakiseli struju hrane cepanjem vode. Ovo pretvara bikarbonate u vodi u molekule CO2 , koji se zatim mogu ukloniti pod vakuumom. Haton, koji je Ralph Landau profesor hemijskog inženjerstva, napominje da su membrane skupe, a hemikalije su potrebne za pokretanje ukupnih reakcija elektroda na oba kraja naslaga, što dodatno povećava troškove i složenost procesa. „Želeli smo da izbegnemo potrebu za uvođenjem hemikalija u anodne i katodne polućelije i da izbegnemo upotrebu membrana ako je ikako moguće“, kaže on.
Tim je došao do reverzibilnog procesa koji se sastoji od elektrohemijskih ćelija bez membrane. Reaktivne elektrode se koriste za oslobađanje protona u morsku vodu koja se dovodi do ćelija, podstičući oslobađanje rastvorenog ugljen-dioksida iz vode. Proces je cikličan: prvo zakiseljuje vodu da bi se rastvoreni neorganski bikarbonati pretvorili u molekularni ugljen-dioksid, koji se sakuplja kao gas pod vakuumom. Zatim se voda napaja u drugi set ćelija sa obrnutim naponom, da bi se povratili protoni i kisela voda vratila u alkalnu pre nego što je pustila nazad u more. Periodično, uloge dve ćelije se menjaju kada se jedna grupa elektroda iscrpi protonima (tokom acidifikacije), a druga se regeneriše tokom alkalizacije.
Ovo uklanjanje ugljen-dioksida i ponovno ubrizgavanje alkalne vode moglo bi polako početi da preokreće, barem lokalno, zakiseljavanje okeana koje je uzrokovano nagomilavanjem ugljen-dioksida, što je zauzvrat ugrozilo koralne grebene i školjke, kaže Varanasi, profesor mašinstvo. Ponovno ubrizgavanje alkalne vode moglo bi se obaviti kroz disperzovane ispuste ili daleko od obale kako bi se izbegao lokalni skok alkalnosti koji bi mogao poremetiti ekosisteme, kažu oni.
„Nećemo moći da tretiramo emisije cele planete“, kaže Varanasi. Ali ponovno ubrizgavanje se može obaviti u nekim slučajevima na mestima kao što su ribnjaci, koji imaju tendenciju da zakiseljaju vodu, tako da bi ovo mogao biti način da se pomogne u suzbijanju tog efekta.
Kada se ugljen-dioksid ukloni iz vode, i dalje ga treba odložiti, kao i kod drugih procesa uklanjanja ugljenika. Na primer, može biti zakopan u dubokim geološkim formacijama ispod morskog dna, ili se može hemijski pretvoriti u jedinjenje poput etanola, koje se može koristiti kao gorivo za transport, ili u druge specijalne hemikalije. „Svakako možete razmisliti o korišćenju uhvaćenog CO 2 kao sirovine za proizvodnju hemikalija ili materijala, ali nećete moći da ga sve koristite kao sirovinu“, kaže Haton. „Ostaćete bez tržišta za sve proizvode koje proizvodite, tako da bez obzira na sve, značajna količina uhvaćenog CO2 će morati da bude zakopana pod zemljom.
Barem u početku, ideja bi bila da se takvi sistemi spoje sa postojećom ili planiranom infrastrukturom koja već prerađuje morsku vodu, kao što su postrojenja za desalinizaciju. „Ovaj sistem je skalabilan tako da ga možemo potencijalno integrisati u postojeće procese koji već obrađuju okeansku vodu ili su u kontaktu sa okeanskom vodom“, kaže Varanasi. Tamo bi uklanjanje ugljen-dioksida moglo biti jednostavan dodatak postojećim procesima, koji već vraćaju ogromne količine vode u more, i ne bi zahtevao potrošni materijal kao što su hemijski aditivi ili membrane.
„Sa postrojenjima za desalinizaciju, već crpite svu vodu, pa zašto se ne biste tamo locirali?“ Varanasi kaže. „Gomila kapitalnih troškova povezanih sa načinom na koji pomerate vodu i izdavanjem dozvola, sve to se već moglo rešiti.
Sistem bi takođe mogli da implementiraju brodovi koji bi prerađivali vodu dok putuju, kako bi se smanjio značajan doprinos brodskog saobraćaja ukupnim emisijama. Već postoje međunarodni mandati za smanjenje emisija iz brodarstva, a „ovo bi moglo pomoći brodarskim kompanijama da nadoknade neke od svojih emisija i pretvore brodove u čistače okeana“, kaže Varanasi.
Sistem bi se takođe mogao implementirati na lokacijama kao što su platforme za bušenje na moru ili na farmama akvakulture. Na kraju, to bi moglo dovesti do postavljanja samostojećih postrojenja za uklanjanje ugljenika distribuiranih širom sveta.
Proces bi mogao biti efikasniji od sistema za hvatanje vazduha, kaže Haton, jer je koncentracija ugljen-dioksida u morskoj vodi više od 100 puta veća nego u vazduhu. U sistemima sa direktnim zahvatanjem vazduha, prvo je neophodno uhvatiti i koncentrisati gas pre nego što ga povrati. „Okeani su, međutim, veliki ponori ugljenika, tako da je korak hvatanja već urađen za vas“, kaže on. „Nema koraka hvatanja, samo oslobađanja.“ To znači da su količine materijala kojima se treba rukovati mnogo manje, što potencijalno pojednostavljuje ceo proces i smanjuje zahteve za otiskom.
Istraživanje se nastavlja, sa jednim ciljem da se pronađe alternativa sadašnjem koraku koji zahteva vakuum za uklanjanje izdvojenog ugljen-dioksida iz vode. Druga potreba je da se identifikuju operativne strategije za sprečavanje taloženja minerala koji mogu zaprljati elektrode u ćeliji za alkalizaciju, što je inherentno pitanje koje smanjuje ukupnu efikasnost u svim prijavljenim pristupima. Haton napominje da je postignut značajan napredak po ovim pitanjima, ali da je još prerano da se o njima izveštava. Tim očekuje da bi sistem mogao biti spreman za praktičan demonstracioni projekat za oko dve godine.
„Problem ugljen-dioksida je odlučujući problem našeg života, našeg postojanja“, kaže Varanasi. „Tako jasno, potrebna nam je sva pomoć koju možemo da dobijemo.“
