Tehnologije u borbi protiv efekta staklene bašte

Dok brojne tehnološke inovacije postepeno smanjuju zagađenje naše životne sredine, neophodni su revolucionarni izumi sistema koji će biti u stanju da aktivno čiste štetu koju smo do sada napravili.

Svaki napredak ima svoju cenu. Nove tehnologije menjaju iz korena način na koji živimo i utiču na svetsku ekonomiju, ali najčešće ih prati neželjeni efekat podizanja stepena zagađenja čovekove okoline. Tako smo došli u situaciju da megakorporacije, koje su profitirale od režima funkcionisanja zasnovanom na neobraćanju pažnje na zagađenje, decenijama manipulišu mišljenjem javnosti kako bi smanjili svest o opsegu zagađenja i poricali uticaj ljudske aktivnosti na promenu klime. Kako smo poslednjih godina ušli u stadijum globalnog zagrevanja u kom su oscilacije vremenskih uslova toliko česte i intenzivne da ih oseti većina populacije naše planete, sve teže je zagovarati da su klimatske promene laž. Tako veliki broj kompanija i zemalja ulaže sve više u istraživanja i projekte za umanjivanje štetnih efekata brojnih grana industrije. Ipak, deluje da se to buđenje svesti desilo prekasno da bi čisto smanjenje zagađivanja bilo dovoljno da se zaustavi trenutni trend klimatskih promena. Dodatno zagrevanje naše planete biće kobno po veliki deo čovečanstva, pre svega zbog manjka vode i hrane. Da bi se poništili efekti dosadašnjeg zagađenja, nije dovoljno zagađivati malo manje, potrebno je aktivno čistiti otpad koji preti da našu planetu pretvori u okruženje negostoljubivo za ljudsku vrstu.

Ugljen-dioksid

Najbitniji deo zagađenja naše okoline odnosi se na nevidljivu komponentu – količinu specifičnih gasova u atmosferi, na čelu sa ugljen-dioksidom. Gotovo svaki proces koji podrazumeva sagorevanje vezuje atmosferski kiseonik sa ugljenikom i pravi ugljen-dioksid. Između ostalog, i životinje koje dišu prave to jedinjenje. S druge strane, biljke tokom fotosinteze troše ugljen-dioksid, vezuju ugljenik u organska jedinjenja i otpuštaju čist kiseonik. Ovo je samo delić onoga što se zove „ugljenični ciklus”, kompleksni niz biohemijskih procesa tokom kojih se ugljenik na našoj planeti neprestano kreće između atmosfere, hidrosfere, biosfere, pedosfere (površinsko zemljište) i litosfere (duboko zemljište). Povećana količina CO₂ dovodi do povećanja ugljenične kiseline u okeanima, povećavajući njihovu kiselost, ali najbitnije je to što upijaju i emituju sunčevo zračenje u toplotnom opsegu infracrvenog spektra, čime doprinose povećavanju temperature unutar atmosfere. U takozvane „gasove” staklene bašte, pored CO₂, spadaju i vodena para, metan, azot-suboksid, ozon, hlorofluorougljenici i hidrofluorougljenici. Dok je vodena para najzastupljeniji gas u atmosferi, njen udeo na zagrevanje je relativno nizak. Sa druge strane, ugljen-dioksid, kog ima 0,04117 odsto u atmosferi (merenje od jula 2019. godine), odgovoran je za čak 62 odsto efekta staklene bašte. Tokom milenijuma i eona, koncentracija CO₂ je rasla i smanjivala se usled snažnih vulkanskih aktivnosti, a sa njom je rasla i opadala prosečna temperatura planete. Kako od početka industrijske revolucije koncentracija CO₂ neprestano raste, to je efekat staklene bašte sve izraženiji. Ilustracije radi, pre industrijske revolucije koncentracija ugljen-dioksida je bila oko 0,028 odsto, što možda ne deluje toliko daleko od današnjih 0,041 odsto, ali istraživanjem tragova u naslagama leda je utvrđeno da u poslednjih 800.000 godina najveća koncentracija CO₂ nikada nije prelazila 0,03 procenta.

Pošto neprestano sečenje šuma i zagađenje okeana smanjuju kapacitet biljaka i algi koje obavljaju fotosintezu i pretvaraju ugljen-dioksid u kiseonik, za smanjenje efekta staklene bašte neophodan je razvoj tehnologija koje aktivno eliminišu ugljen-dioksid iz atmosfere. Srećom, više naučnih timova i kompanija ima ideju kako da pristupe ovom problemu.

Gorivne ćelije

Tako firma FuelCell Energy razvija novu generaciju gorivnih ćelija koje će moći da u okviru većine postrojenja koja pripadaju velikim izvorima zagađenja uhvate više od 90 odsto ugljen-dioksida koji se sada otpušta u atmosferu i pretvore ga u dodatni izvor energije. Iako naziv gorivne ćelije može da zbuni da se kod njih radi o sagorevanju, u pitanju su galvanske ćelije u kojima se energija dobija iz kontrolisanih hemijskih reakcija. U kratkim crtama, umesto pretvaranja hemijske energije goriva u električnu preko mehaničke (sagorevanje goriva pokreće turbinu generatora), u gorivnim ćelijama se u kontrolisanim uslovima odvijaju hemijske reakcije (joni sa katode prelaze na anodu dok se kreću kroz elektrolitni rastvor) i krajnji rezultat su stabilna jedinjenja sa viškom elektrona čije strujanje kroz provodnik generiše električni napon, da bi se na kraju ciklusa isti ti elektroni vratili na katodu. Razlog za nedovoljnu rasprostranjenost sistema gorivnih ćelija je njihova cena jer koriste skupe materijale kao što je napredna keramika, a katalizatori za reakcije su retki elementi kao platina i paladijum. FuelCell Energy se bavi razvojem specifične vrste gorivnih ćelija, onih koje kao elektrolit koriste rastopljene karbonatne soli (rastvor zagrejan na 650 stepeni celzijusa). Na katodu ove ćelije se dovode kiseonik i CO₂, prolaskom kroz elektrolit se dešava reakcija sa vodonikom iz rastvora da bi se na anodi stvarala voda, elektroni i novi molekuli CO₂ koji u zatvorenom sistemu ćelije mogu da se vrate do katode i ponovo nastave ciklus hemijske reakcije. Cena gorivnih ćelija ostaje značajan faktor i nova termoelektrana na ugalj trenutno košta oko četiri puta manje nego sistem sa gorivnim ćelijama ekvivalentne snage. Srećom, smisao ovih ćelija je pre svega u smanjenju zagađenja postrojenja kao što su elektrane, čeličane ili cementare, a na dodatnu proizvedenu električnu energiju treba gledati kao bonus.

ZIF

Dok FuelCell Energy već ugrađuje svoje sisteme na industrijska postrojenja u Južnoj Koreji, trenutna brzina zagrevanja planete zahteva dodatne napore za smanjenje CO₂ u atmosferi. Da bismo uhvatili molekule ugljen-dioksida, koji su već oslobođeni u atmosferu, potrebna nam je veoma fina i specifična „mreža za insekte”, u ovom slučaju trenutni favorit za pravljenje „mreže za CO₂” je molekul zvani ZIF-8. ZIF je skraćenica od zeolitska rešetka od imidazolata (Zeolitic Imidazolate Framework) i predstavlja vrstu metalno-organske rešetke (MOF). U slučaju ZIF molekula, radi se o skupu atoma prelaznih metala (gvožđe, bakar, cink) i imidazolskih povezivača (prstenasti organski molekul) koji u prostoru zauzimaju oblik minerala zeolita. Ovaj materijal je već neko vreme zanimljiv istraživačima na različitim poljima, od sistema za dostavu lekova na ciljane lokacije u telu do razvoja fotovoltažnih elemenata. U slučaju smanjivanja efekta staklene bašte, molekuli označeni kao ZIF-8 su pogotovo interesantni zbog sposobnosti da uhvate slobodne molekule ugljen-dioksida u normalnim atmosferskim uslovima. Samo jedan gram ZIF-8 ima molekulsku površinu veću od 14.000 kvadratnih metara, što mu daje veliki kapacitet za hvatanje CO₂. Dok su razvoj i masovna proizvodnja ZIF-8 veliki korak u dobrom pravcu, naučnici i dalje rade na razvoju uređaja za hvatanje ugljen-dioksida – uređaja koji bi mogao da se koristi za, preko potrebno, aktivno čišćenje atmosfere.

Alge

Pošto je u planetarnom sistemu sve povezano, tako su svetski okeani jedan od glavnih „čistača” vazduha jer alge fotosintezom pretvaraju jednaku količinu CO₂ u kiseonik kao sve šume na kopnu. Zapravo, postoje naučnici koji smatraju da su alge rešenje velikog broja izazova koje klimatske promene stavljaju pred čovečanstvo. U kompaniji Qualitas Health iz Teksasa se već godinama bave uzgojem alge Nannochloropsis. Ova specifična alga zanimljiva je iz dva razloga. Na prvom mestu je ekstremno visok sadržaj proteina koji može da se poredi sa mesom, a na drugom način njihovog uzgoja – ove alge zahtevaju ugljen-dioksid. Pošto je skladištenje CO₂ daleko od savršenog procesa, njegovo sprovođenje nije problem. Zato bi farme ovih algi mogle da se podignu direktno na izvoru ugljen-dioksida – pored velikih industrijskih postrojenja, pre svega termoelektrana.

Dok su proteini iz algi potpuno podobni za ljudsku ishranu, čak ni to nije neophodno da bi se ostvario značajan uticaj na zaštitu životne sredine. Naime, tokom proizvodnje kukuruza i soje, koji se koriste u ishrani goveda, svinja i riba u industrijskom uzgoju, koriste se hemijska đubriva i pesticidi koji za sobom povlače niz ekoloških problema. Kod uzgoja algi ove hemikalije ne bi bile potrebne. Dodatan ekološki značajan faktor je prostor koji zauzimaju farme algi. Naime, farma algi od jednog hektara proizvodi 27 puta više proteina nego polje od jednog hektara na kom raste soja. Sem toga, alge su dodatno hranjivije od soje jer sadrže više vitamina i minerala nego soja. Pošto se očekuje da će globalna potreba čovečanstva za proteinima da se udvostruči do 2050. godine, nema sumnje da će farme algi uskoro postati značajan deo proizvodnje hrane. Kada se to desi, veliki deo prostranstava koja danas prekrivaju njive za uzgoj kukuruza i soje, mogao bi da se ponovo pošumi i time dodatno oporavi deo biosfere koji čisti vazduh od ugljen-dioksida.

Voda i plastika

Čišćenje vode je jednako bitno kao čišćenje vazduha. Tokom poslednjih godina se sve više pažnje skreće na ogromne „tepihe” plastičnog otpada koji plutaju svetskim okeanima. Najveći od njih, u severnom Pacifiku, ima površinu preko 1,76 miliona kvadratnih kilometara i seže do trideset metara u dubinu. Ovaj tepih se sastoji od preko 1,8 milijarde komada plastike, ukupne težine iznad 80.000 tona. Četiri manja glavna tepiha su u južnom Pacifiku, severni i južni u Atlantskom okeanu i u Indijskom okeanu. Razlog za stvaranje ovih tepiha je postojanje regiona relativno mirnog okeana oko kojih se kreću morske struje. Struje neprestano donose otpad i on se sakuplja u ovim mirnim regionima.

Organizacija Ocean Cleanup pokrenula je projekat za čišćenje ovih površinskih tepiha pomoću plutajućih cevi koje pasivno sakupljaju otpad na površini (i nekoliko metara ispod). Kada hvatač nakupi dovoljnu količinu plastike, ona se lako skupi brodom i preveze do postrojenja za reciklažu. Trenutno su u funkciji dva prototipa hvatača u severnom Pacifiku. Plan iz 2017. godine je predviđao postavljanje flote od 60 ovakvih hvatača, dužine između 600 metara i dva kilometra, koji bi bili satelitski praćeni kako bi se optimizovao njihov zajednički rad na sakupljanju otpada. Projekcija Ocean Cleanupa je da bi za samo pet godina moglo da se očisti oko 50 odsto otpada iz velikog severnopacifičkog tepiha, dok bi do 2050. godine svih pet tepiha trebalo da efektivno prestanu da postoje.

• • •

Dok klimatske promene tokom poslednjih decenija mogu da deluju nezadrživo, razvoj novih tehnologija za smanjenje novog i čišćenje postojećeg zagađenja daje dosta razloga za optimizam. Ipak, treba imati u vidu dve važne stvari. Prva je opasnost od toga da će neke kompanije nastaviti sa otpuštanjem iste ili čak veće količine štetnih materija jer sada, eto, postoji tehnologija za čišćenje. Druga bitna stavka je da treba imati u vidu vreme neophodno za razvoj i implementaciju. Prateći pola veka evolucije mikroprocesora jasno je da je dalek put od početka upotrebe neke tehnologije do njenog omasovljenja i naknadnog usavršavanja. Prosečna temperatura planete tokom 20. veka bila je 15 stepeni celzijusa, prosek za aktuelnu godinu je viši za 1,7 stepeni. Vremena za čekanje nema, klimatske promene i globalno zagađenje su opšti problem koji treba odmah napasti sa svih mogućih strana.

Dragan KOSOVAC