Hry s uhlíkom

15. aug. 2019 • Chemické vedy

Hry s uhlíkom

Oxid uhličitý je svojím spôsobom barometrom prostredia na Zemi. Rastliny ho využívajú na fotosyntézu, ale pravdepodobne má vplyv aj na globálne otepľovanie. Aké sú možnosti pri jeho zachytávaní a v lepšom prípade aj vo využití?

Od nepamäti využívajú ľudia – vedome či nevedome – uhlík ako zdroj energie. Prirodzene, nejde vždy o čistý uhlík, ale o látky, v ktorých je uhlík prítomný.

Oxid uhličitý

Oxid uhličitý (CO2) je v podstate jednou fázou v procese recyklácie uhlíka v prírode (Calvinov cyklus). Príroda ho prostredníctvom fotosyntetizujúcich rastlín dokáže rekuperovať do formy biomasy.

Historickým vývojom, spriemyselňovaním výroby, ale aj nárastom populácie dochádza k narušeniu rovnováhy, a to najmä antropogénnymi faktormi, a tak koncentrácia CO2 v ovzduší preukázateľne narastá. V súčasnosti sa pohybuje okolo množstva 390 ppm (390 častíc CO2 na milión ostatných vo vzduchu, t. j. 0,039 %). Množstvo CO2 v atmosfére na Zemi v predhistorických obdobiach kolísalo medzi 190 ppm až 290 ppm.

Čím je vo vzduchu viac CO2, tým rýchlejšie rastliny rastú a tým viac vyprodukujú sacharidov. Pokusy potvrdili, že keď je vo vzduchu menej ako 200 ppm CO2, rastliny závislé od fotosyntézy prestávajú rásť (rýchlosť rastu sa znižuje na 30 až 40 % rastu typického pre druhú polovicu 20. storočia). Pri poklese množstva CO2 vo vzduchu pod 100 ppm rastliny umierajú (rastú iba 10 až 20 % rýchlosťou a v priebehu vegetačného obdobia nestihnú vyprodukovať plody ani semená).

Množstvo oxidu uhličitého v atmosfére sa za uplynulých 150 rokov zvýšilo približne o 110 ppm z 280 na 390 ppm, pričom každý rok stúpa o ďalšie 2 ppm. Tento výrazný nárast množstva CO2 v atmosfére spôsobilo najmä spaľovanie fosílnych palív, dýchanie čoraz väčšieho počtu ľudí a rozvoj živočíšnej výroby.

Ilustračné foto: horenie lesa; Pixabay.com

Nízkouhlíková energetika

Obeh uhlíka v prírode je podobný obehu vody a príroda na to využíva slnečnú energiu a proces fotosyntézy, ktorým sa pomocou chlorofylu v zelených rastlinách recykluje uhlík z formy CO2 na uhľovodíkové zlúčeniny. Preto vznikla kategorizácia palív z fosílnych zdrojov a z obnoviteľných zdrojov, ku ktorým radíme aj recykláciu/rekuperáciu uhlíka vhodným technickým spôsobom.

Prirodzene, metódy a technológie na využitie uhlíka z druhotných surovín sú známe, ale sú nateraz zatlačené do úzadia širokou dostupnosťou zemného plynu a ropných produktov.

Proces spaľovania uhlíkatých (uhlík obsahujúcich) zdrojov uvoľňuje v podstate teplo, ktoré sa nedá racionálne skladovať, a preto, keď sa nedá priamo využiť, je potrebné premeniť ho na iné formy energie. Napríklad parné stroje či turbíny umožňujú transformáciu tepla na mechanickú či elektrickú energiu, ale ani jednu z nich nevieme dobre skladovať, preto ich produkcia musí byť v rovnováhe s priamou spotrebou.

Chemická transformácia uhlíkatých zdrojov dovoľuje vyrobiť uhľovodíky definovaných vlastností (pri spaľovaní nedymia) a pritom dobre skladovateľné. Týmto smerom by sa mala uberať budúcnosť tzv. nízkouhlíkovej energetiky.

Dilema dostatočného zdroja

Za dostatočný zdroj sa považujú všetky typy fosílnych zdrojov (odhliadnuc od prognóz ich vyčerpania), ale aj obnoviteľné zdroje, predovšetkým biomasa, či presnejšie fytomasa vznikajúca/obnovujúca sa v prírode fotosyntézou, a prevažná väčšina odpadových organických materiálov.

Pretože neexistujú absolútne univerzálne výrobné zariadenia, bude sa rôznorodosť vstupujúcej suroviny javiť ako technologický problém. Všetci technológovia uprednostňujú homogénne a definované suroviny nielen kvôli vlastnej operácii, ale aj preto, lebo z definovanej suroviny vznikajú definovanejšie produkty ako z heterogénnych surovín, pričom produkty netreba ďalej prácne rafinovať.

Určite je možné predradiť vlastnej technológii rad operácií triedením až homogenizovaním, ktoré heterogenitu suroviny odstránia. No aj tieto operácie majú svoje hranice a, čo je najdôležitejšie, zvyšujú náklady na spracovanie danej suroviny. Je tu teda voľba – definovaná surovina na vstupe a definované produkty, alebo heterogénna surovina na vstupe a heterogénne produkty.

Táto voľba však býva často dosť obmedzená. Napríklad fytomasa je špeciálne heterogénna aj vtedy, keď použijeme iba presne určenú surovinu. Je to dané jej zložením, pretože pozostáva najmä z celulózy, chemicelulóz a lignínu a toto zloženie sa mení nielen podľa typu a druhu fytomasy, ale aj podľa lokality a klimatických podmienok.

 

Autor: Ing. Julius Forsthoffer, PhD.,

Ilustračné foto:  Pixabay.com

Uverejnila: VČ

 

Celý článok o možnostiach zachytávania, či prípadného využitia CO2, ako aj o iných zaujímavých témach, sa dočítate v časopise Quark (číslo 08/2019), ktorý nájdete v novinových stánkoch alebo si ho môžete predplatiť v elektronickej alebo papierovej verzii na www.quark.sk.

Súvisiace:

Články
Hore
Prechod VK na VND - jeseň
výtvarná súťaž TVT 2019
Veda v Centre
Publikácie Veda v CENTRE
kúpa časopisov jún 2016
fotografická súťaž TVT 2019
Noc výskumníkov 2019
QUARK
Aurelium - centrum vedy
TVT 2019
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Agrofilm 2019
Zaujímavosti vo vede
Spôsob komunikácie živočíchov je mimoriadne zložitý.
Zistite viac