Încălzirea globală este, în sfârșit, luată foarte în serios de marii lideri mondiali. Aproape toată lumea este de acord acum că gazele cu efect de seră, dintre care dioxidul de carbon este cel mai important, influențează în mod direct creșterea temperaturii globale și schimbările climatice.

Din păcate, chiar dacă printr-o minune am opri mâine poluarea produsă de om, nu este suficient. Trebuie să găsim și soluții de a extrage CO2-ul în exces din atmosferă. Deci iată marea dilemă a oamenilor de știință: este capabilă societatea începutului de secol XXI să dezvolte o astfel de tehnologie de decarbonizare?

 

decarbonizare-co2-stiinta-tehnica-4
Procesul încălzirii globale. Principial, încălzirea globală este un proces natural: razele soarelui pătrund în atmosferă, ajung la suprafaţa Pământului, unde circa jumătate din căldura solară este înmagazinată de scoarţa terestră si de oceane, restul fiind reflectată înapoi în spaţiul cosmic. Biosfera influenţează în mod direct încălzirea globală, ceea ce duce la procese ciclice de încălzire/răcire a Terrei, care se desfăşoară pe parcursul a milioane de ani. Creşterea concentratiei de gaze cu efect de seră în atmosferă acţionează ca un scut care împiedică o parte din radiatia în infrarosu reflectată de suprafaţa Pământului să mai ajungă în spaţiu. Deci asistăm la creşterea temperaturii globale pe măsură ce tot mai multă căldură este înmagazinată în atmosferă,în scoarţa terestră si în apa oceanelor. Iar cel mai important gaz cu efect de seră este dioxidul de carbon (CO2), rezultat atât din procese naturale, dar si din activitatea industrială umană, bazată în primul rând pe arderea combustibililor fosili.

Principial, toată lumea este de acord că, prin arderea resurselor fosile îngropate timp de sute de milioane de ani, se produce poluare. Dar de ce ar trebui să acceptăm că poluarea pe care o producem ne poate afecta așa de mult planeta, poate însăși existența vieții pe Pământ?

Până la urmă, tot fumul care rezultă din arderea lemnelor sau a cărbunilor se disipă în atmosferă. Iar atmosfera este imensă, nu-i așa? Da, imensă, însă nu infinită. Și, până când oamenii s-au apucat să dezgroape frenetic și să ardă intensiv combustibilii fosili acumulați în scoarța terestră timp de sute de milioane de ani, gazele din atmosferă erau într-un anumit echilibru.

Pe care acum, în doar o sută și ceva de ani, acțiunea omului îl influențează din ce în ce mai mult. În mod negativ. Este cazul să contrabalansăm echilibrul natural încercând să reparăm răul făcut de la începutul Revoluției Industriale. Deci se pune întrebarea: cum „luăm înapoi” trilioanele de tone de CO2 de care ne facem responsabili?

CCS – TEHNOLOGIA „CARBON CAPTURE AND STORAGE”

Gazele cu efect de seră sunt mai multe: pe lângă dioxidul de carbon mai avem metanul și oxizii de azot, particulele și substanțele care formează smogul de la suprafața scoarței, dar și diverși compuși care afectează pătura superioară de ozon (aceasta filtrând din ce în ce mai puțin radiația solară).

decarbonizare-co2-stiinta-tehnica-5
Combustia este, într-un fel, procesul invers fotosintezei. Fotosinteza este procesul natural prin care plantele absorb C02 din atmosferă, pe care îl despart, sub acţiunea razelor solare, în carbon (pe care îl utilizează ca „a|iment”) și oxigen (pe care îl emit înapoi în atmosferă, ca „reziduu”). Odată ce plantele îşi termină ciclul vietii, ele încep să se descompună. Însă, dacă există anumite condiţii de conservare (cum se întâmplă în mlaştini, de exemplu), plantele se transformă, de-a lungul a milioane de ani, în ceea ce azi numim combustibili fosili: cărbuni, petrol, gaze naturale. Prin arderea acestor combustibili fosili pur şi simplu eliberăm în atmosferă carbonul pe care plantele l-au acumulat în timpul vietii. Focul este, principial, o reacţie bruscă de combinare a moleculelor de carbon din combustibilii fosili, respectiv a celor de oxigen din atmosferă (pe lângă alte elemente antrenate în diverse alte reacţii chimice), rezultatul fiind apariţia moleculelor de CO2.

Însă circa două treimi din toate aceste gaze cu efect de seră sunt reprezentate doar de CO2. Ceea ce îl face, de departe, „dușmanul numărul unu” de care tehnologia ar trebui să se ocupe.

Pe plan global, circa 60% din energia electrică este obținută prin arderea cărbunilor în termocentrale. După care peste 50% din petrol este utilizat ca și carburant. Iar cea mai mare parte a gazelor naturale este arsă pentru încălzirea din domeniul rezidențial, iar, mai nou, și pentru producerea energiei.

Dar stoparea bruscă a utilizării combustibililor fosili pentru toate aceste procese de bază se consideră că ar duce la colapsul societății actuale. Deci factorii decizionali ai acestei lumi consideră că trebuie să renunțăm gradual la cărbuni, petrol și gaze naturale, în paralel găsind soluții de a capta emisiile rezultateîn urma arderii lor.

lar aici se ajunge din nou la o confruntare puternică între partizanii ideii „business-as-usual” (care sunt companiile convenționale din domeniul energiei), respectiv cei care militează pentru „divest fossil fuels” (adică aceia care vor renunțarea totală la exploatarea resurselor fosile și înlocuirea acestora cu surse de energie regenerabilă).

Din punctul de vedere al celor care vor exploatarea în continuare a petrolului, cărbunilor și gazelor naturale, reducerea poluării rezultate din arderea combustibililor fosili este posibilă prin tehnologii de tipul CCS (Carbon Capture and Storage).

De-a lungul timpului am asistat la diverse retehnologizări ale termocentralelor sau uzinelor responsabile de eliminarea în atmosferă a unor cantități uriașe de poluanți – principial, totul se reduce la adaptarea unor filtre, care mai reduc emisiile. Dar nu le elimină. Ceea ce înseamnă că, de la an la an, poluarea crește, chiar dacă într-un ritm mai puțin alert decât în lipsa acestor filtre.

decarbonizare-co2-stiinta-tehnica-6Cum cărbunii sunt acuzați cel mai vehement pentru volumul mare de emisii de CO2, în 2014 a fost inaugurată în provincia Saskatchewan din Canada cea mai mare termocentrală beneficiind de noile tehnologii CCS. Investiția de 1,5 miliarde USD (din care vreo 240 milioane USD ajutor guver- namental) promitea o scădere de până la 90% a emisiilor de CO2 prin utilizarea unor procese complexe de extragere și separare a dioxidului de carbon și a dioxidului de sulf din gazele arse, apoi transformarea lor prin filtrare, compresie și lichefiere în vederea stocării.

Dioxidul de sulf poate fi transformat, prin utilizarea acidului sulfuric, în materie primă pentru industria chimică. Lucru care ar trebui să fie clar că nu e sinonim cu reducerea poluării. lar dioxidul de carbon fie este stocat la mare adâncime, în straturi de rocă impermeabilă, la peste 3 km adâncime. Fie este utilizat în procesele de extragere a petrolului, fiind injectat în zăcămintele cu o vâscozitate crescută pentru a ușura procesul de aducere a petrolului la suprafață. Ceea ce înseamnă că acest CO2 va ajunge, până la urmă, în atmosferă.

Din punctul de vedere al „Big Oil”, dar și al Agenției Internaționale pentru Mediu, se împușcă doi iepuri: se pot folosi în continuare cărbunii, respectiv se reduce mult mai mult decât până acum poluarea rezultată în urma arderii acestora. Din punctul de vedere al finanțiștilor, această investiție este mult prea mare pentru efectele benefice pe care le poate aduce, estimându-se că energia electrică astfel obținută ar putea deveni mai scumpă chiar și cu 80%.

Asta în timp ce specialiștii în energii regenerabile consideră că banii respectivi puteau fi utilizați de exemplu pentru un parc eolian, cu o putere totală ceva mai redusă, dar fără impactul asupra mediului pe care îl are arderea cărbunilor, oricât de controlată ar fi aceasta. În plus, nu sunt luate în calcul efectele pe care le au asupra mediului extracția și transportul cărbunilor, așa încât o astfel de tehnologie CCS se poate spune că este cel mult de pseudo-decarbonizare.

decarbonizare-co2-stiinta-tehnica-7
Dioxidul de carbon are efecte pe termen lung. „Reciclarea” emisiilor de CO2 cade în sarcina plantelor din ecosistem și a oceanelor. Activitatea industrială umană și arderea intensivă a combustibililor fosili (cărbuni, petrol, gaze naturale) a dus la acumularea într-un timp foarte scurt a unei cantități foarte mari de CO2. Care se adaugă dioxidului de carbon existent deja în ciclul planetei – deci biosfera și oceanele trebuie să proceseze mai mult CO2, însă acest lucru durează decenii sau secole. Timp în care dioxidul de carbon se acumulează masiv în atmosferă, contribuind în mod direct la efectul de seră. Specialiștii estimează că, într-un secol, doar o jumătate din dioxidul de carbon antropogenic (emis din cauza omului) ar putea fi eliminat pe cale naturală, iar după 1.000 de ani tot ar mai rămâne circa 20% din acest CO2 în atmosferă.

Exemplul canadian demonstrează că, de fapt, nu se rezolvă problema de fond a poluării, ci doar se reduc, ceva mai mult decât până acum, efectele arderii cărbunilor. Doar în ultimii doi ani, de exemplu, investițiile în acest tip de cercetare a tehnologiilor CCS au depăşit bariera de 20 de miliarde USD, specialiştii din domeniul petrolului sperând să găsească soluții de a transforma în depozite de carbon chiar fostele mine de cărbuni sau puțurile de petrol golite. Rezultatele, însă, întârzie să apară, iar riscurile unor eșecuri monumentale sunt foarte ridicate.

Tehnologii de tip CCS sunt testate și pentru centralele pe gaze naturale, cu rezultate sensibil mai bune (adică nivelul poluării poate fi redus cu 16-20% față de termocentralele cu tehnologii CCS), dar încă nu a fost pusă în funcționare o astfel de facilitate care să-şi demonstreze viabilitatea în practică. Cât despre petrol, constructorii auto nu pot decât să încerce să limiteze emisiile de CO2 și de alte gaze nocive doar prin utilizarea pe vehicule a unor sisteme catalitice din ce în ce mai complexe și mai scumpe (ceea ce aduce maşinile convenționale mai aproape de prețurile maşinilor electrice…).

În teorie, tehnologiile CCS sunt cea mai bună încercare a industriei combustibililor fosili de a demonstra că nu e cazul să renunțăm la cărbuni, petrol și gaze naturale. Dar, în practică, tehnologiile CCS nu fac altceva decât să arate clar că soluțiile bazate pe energii regenerabile sunt pur și simplu mai rentabile și mult mai competitive. În condițiile în care „Carbon Capture and Storage” nu rezolvă absolut deloc marea problemă: captarea dioxidului de carbon excedentar existent deja în atmosferă.

Folosirea biosferei pentru captarea CO2

În teorie, cu cât există mai multe suprafețe împădurite, cu atât există o capacitate mai ridicată de stocare a dioxidului de carbon din atmosferă. Dar, în practică, ne lovim de multe probleme.

Mai întâi e clar că omenirea emite mai repede CO2 în atmosferă decât ar putea asimila, în timp util, pădurile. Principial, o tonă de lemn se estimează că poate „sechestra” circa 1,8 tone de CO2. Cantitate pe care un autoturism economic o eliberează în atmosferă în doar un an de zile, în timp ce, pentru a putea captura această cantitate de CO2, un copac are nevoie de 10-20 de ani ca să crească.

Apoi, iar e clar că omenirea a exagerat cu defrișările, fie pentru a folosi lemnul ca materie primă, fie pentru a utiliza terenurileîn agricultură.

decarbonizare-co2-stiinta-tehnica-8Scăderea numărului de copaci a dus la creșterea cantității de CO2 rămasă neprocesată. Cam la ce nivel ar trebui să fie reîmpăduririle pentru a contracara efectele eliminării în atmosferă a trilioane de tone de CO2 în mai mult de 100 de ani, plus miliardele de tone cauzate de despăduriri? Doar în SUA, de exemplu, ar trebui reîmpădurită, la fiecare 10 ani, o suprafață cam cât un stat de dimensiune medie pentru a contracara efectele poluării. Devine evident că nu avem suficient de mult spațiu pentru a planta atât de mulți copaci, dar nici condiții propice peste tot.

Pe lângă despăduriri, agricultura intensivă contribuie din plin la emisii mari de CO2 – deoarece în sol se acumulează mai mult dioxid de carbon decât în atmosferă și în biosferă (CO2-uI este, de fapt, stocat în materia organică din sol, de la sedimente până Ia rădăcinile plantelor). Deci simpla renunțare la practicile agricole care duc la degradarea solului ar putea păstra dioxidul de carbon sub pământ. Plus încă o idee bizară: realizarea pe scară largă a unor culturi de plante care înmagazinează cât mai mult CO2, iar apoi îngroparea acestora în „rezervoare” sub pământ. Dar, din nou, apare problema suprafețelor disponibile pentru o asemenea practică, precum și efectele conexe privind mediul.

decarbonizare-co2-stiinta-tehnica-9Oceanul se știe de relativ puțină vreme că are un rol important în captarea de CO2. Specialiștii estimează că, de la începutul Revoluției Industriale până acum, oceanele și mările ar fi înmagazinat între un sfert și o treime din dioxidul de carbon generat prin arderea combustibililor fosili.

Există cercetări prin care oamenii de știință încearcă să găsească soluții pentru a utiliza straturile inferioare ale oceanelor pe post de depozite pentru CO2. Reversul medaliei, însă, îl reprezintă acidificarea apei oceanelor din cauza aportului prea mare de CO2. Cu efecte directe asupra planctonului și vieții marine în general, ceea ce se crede că va duce la un efect în lanț dezastruos asupra viețuitoarelor de pe uscat.

În concluzie, chiar dacă biosfera pare să ofere soluții interesante pentru a reduce emisiile de gaze cu efect de seră din atmosferă, în practică omul nu poate, în acest moment, să folosească natura așa cum vrea. Din păcate, ne primcepem mult mai bine să o distrugem decât să o „dresăm” pentru a rezolva problemele iscate de noi…

CAPTAREA CARBONULUI PRIN INGINERIE

Dacă soluțiile „Big Oil” sunt extrem de discutabile, iar „oferta” biosferei este greu de pus în practică, nu înseamnă că decarbonizarea nu poate fi rezolvată. Dimpotrivă, primii pași sunt deja palpabili, chiar dacă numai la nivel experimental, deocamdată.

decarbonizare-co2-stiinta-tehnica-10Compania canadiană Carbon Engineering susține că a pus la punct o tehnologie viabilă de „aspirare” a dioxidului de carbon din atmosferă. În principiu, vorbim de un fel de uzină în care mai multe ventilatoare atrag aerul într-un sistem de regenerare, în care aproape 80% din dioxidul de carbon poate fi capturat utilizând o soluție alcalină și procese de calcinare.

Canadienii susțin că, în uzina pe care o vor finaliza în 2017, vor putea fi „capturate” circa 40.000 de tone de CO2 anual – ceea ce echivalează cu aceeași cantitate emisă de circa 300.000 de vehicule convenționale într-un an. Conform analiștilor, pentru a evita creșterea cu mai mult de 2ºC a temperaturii medii a planetei, anual ar trebui să eliminăm din atmosferă circa 10 gigatone de CO2.

decarbonizare-co2-stiinta-tehnica-11Ceea ce ar însemna că omenirea ar avea nevoie de circa 250.000 de astfel de uzine Carbon Engineering. Care nu doar ar captura dioxidul de carbon, ci l-ar putea transforma în materie primă, utilă în fabricarea spumei pentru stingătoare, a plasticelor ori a cauciucului, ba chiar și la crearea combustibililor pentru motoarele cu ardere internă (ceea ce ar elimina necesitatea de a mai exploata alte zăcăminte petroliere, deci nu s-ar mai emite CO2 suplimentar în atmosferă).

Din păcate, generalizarea unei astfel de tehnologii nu este văzută ca posibilă înainte de 2020, în plus fiind necesară punerea la punct a multor detalii tehnice. Una dintre marile probleme ține de consumul destul de ridicat de energie pe care funcționarea unei astfel de „uzine de decarbonizare” îl reclamă. După care rămâne de văzut dacă eficiența de „capturare” a dioxidului de carbon va fi, într-adevăr, chiar așa de bună.

decarbonizare-co2-stiinta-tehnica-12
„Sfântul Graal” al decarbonizării? În testele de laborator, s-au obținut nanofibre de carbon din… dioxidul de carbon capturat din aer. Într-o baie electrolitică din carbonați topiți la temperaturi de peste 700 grade Celsius este introdus aer atmosferic, prin intermediul unei celule electrolitice. CO2-ul din aer se dizolvă datorită căldurii, dar și a curentului electric produs de electrozi (realizați din materiale ieftine, precum nichel și fier). Grație procesului electrolitic, pe electrodul de fier se formează nanofibre de carbon la o tensiune electrică de numai 1V. Prin utilizarea unui sistem de concentratoare solare pentru a asigura atât temperaturile ridicate, cât și curentul electric necesar, cercetătorii americani estimează că procesul de obținere a nanofibrelor s-ar putea ridica la 1.000 USD/tonă – ceea ce este de sute de ori mai ieftin decât în cazul tehnologiei actuale de obținere a fibrelor de carbon.

Dacă propunerea canadienilor pare cât de cât pertinentă, americanii de la Universitatea George Washington vin cu o abordare de-a dreptul SF. Și asta deoarece aceștia au pus la punct un proces inedit de transformare a emisiilor de CO2 în nanofibre de carbon, utilizând conversia electrolitică. Adică „win-win scenario”: se decarbonizează atmosfera și, în paralel, se obține o materie primă care poate deveni baza pentru o nouă eră industrială și economică a omenirii.

Conform americanilor, dacă sistemul din laborator ar fi scalat la circa 10% din suprafața deșertului Sahara, prin procesul lor de decarbonizare ar fi posibil, în teorie, să „ștergem” poluarea produsă în ultimii aproape 200 de ani în doar 10 ani! În plus, fibra de carbon este un material care ar putea sta la baza unui business de trilioane sau milioane de miliarde de dolari. De ce?

Deoarece fibra de carbon este superioară metalelor: e mai ușoară, mai rezistentă și nu ruginește. Deci, ar putea fi utilizată în realizarea vehiculelor (de la mașini până la vapoare și avioane), dar și în domeniul construcțiilor, înlocuind betonul și multe alte materiale de construcții. Fibra de carbon ar putea duce la mari progrese și în ingineria aerospațială, dar ar putea înlocui cu succes orice produs petrolier în domeniul realizării maselor plastice.

Practic, dioxidul de carbon din atmosferă poate fi considerat la fel de valoros ca diamantele, dacă această tehnologie de decarbonizare se dovedește viabilă. Americanii ne promit că, în maximum 10 ani, vom vedea transpuse la scară industrială rezultatele din laborator. Deci vorbim de șanse reale ca extragerea dioxidului de carbon din atmosferă să nu rămână la stadiul de vis imposibil. Ba chiar să devină mai mult decât un colac de salvare de la efectele dezastruoase ale poluării. Dacă vom ști să aplicăm decarbonizarea în mod eficient.

Așadar, pe lângă planurile națiunilor de a reduce sau chiar a stopa poluarea, prin sprijinirea energiilor regenerabile și a transportului sustenabil, este foarte importantă și dezvoltarea unor tehnologii pentru decarbonizarea atmosferei. Astfel încât încălzirea globală să nu evolueze galopant, iar schimbările climatice să poată fi cât de cât controlate.

După cum am văzut, există idei pentru decarbonizare, dar cu o eficiență (sau viabilitate) încă insuficient de convingătoare. Mai trebuie doar voința politică și socială pentru a evita să ajungem în „the point of no return” din cauza poluării.

Comentați pe Facebook