O važnosti problema apsorpcije ugljikova dioksida ne bi trebalo trošiti riječi. Uklanjanje tog plina iz zraka glavni je problem u podmornicama i svemirskim stanicama: gušenje ne nastaje zato jer je ponestalo kisika nego zato što se u zraku nakupio ugljikov dioksid. Zrak sa tri posto ugljikova dioksida (u svježem ga zraku ima 0,04 %) ne može se disati. No nije riječ samo o tome. CO₂ je, zna se, staklenički plin, pa pronalaženje što bolje tehnologije za njegovo uklanjanje iz otpadnih plinova može mnogo pridonijeti zdravlju našeg planeta. Usto se njegovim reakcijama s vodikom mogu se proizvesti praktički svi organski spojevi, a ako se još energija za te procese dobiva iz obnovljivih izvora, svi su problemi riješeni: umjesto kemijske industrije utemeljene na ugljenu, nafti ili prirodnom plinu, dolazimo do tvornica koje proizvode sve od zraka, vode i Sunčeve svjetlosti. Baš poput biljaka.

No da bi se ostvario taj san treba riješiti „jednostavan“ problem: kako iz zraka (ili otpadnih plinova) izdvojiti CO₂. 

Ugljikov dioksid se otapa u vodi – dokaz tome je soda-voda i mnoga gazirana pića, od coca-cole do piva i pjenušca. Usto se lako spaja s hidroksidima, posebice s natrijevom i kalijevom lužinom, da ne spominjemo gašeno vapno (kalcijev hidroksid) čija se sposobnost vezivanja temelji upravo na reakciji sa CO₂, pri čemu nastaje kalcijev karbonat. I baš je tu kvaka, u karbonatu. Reakcijom baza, ne nužno samo hidroksida, nastaju karbonati, a da bi se karbonati pretvorili u hidrokside treba ih zagrijati, utrošiti energiju. Sve u svemu, lako je naći sredstvo za vezivanje ugljikova dioksida, ali ne i sredstvo koje će ga brzo vezati i lako otpustiti.

I evo rješenja. Umjesto s hidroksidima, glavni staklenički plin treba reagirati s tercijarnim aminima, točnije s njihovim vodenim otopinama. I oni su, kao i hidroksidi, baze, pa njihovom reakcijom s ugljikovim dioksidom (ili ugljičnom kiselinom) nastaju hidrogenkarbonati (R=N-R + H₂CO₃ → R=NH-R⁺ HCO₃^-). Nije to ništa novo. Takvi su spojevi već dugo u upotrebi. Među njima se najboljim pokazao metildietanolamin (MDEA) – no takvih amina ima na stotine. No je li MDEA baš najbolji amin?

Tim su se pitanjem nadavno pozabavili francuski znanstvenici te o tome objavili znanstveni rad „Computational screening methodology identifies effective solvents for CO₂ capture (Računalna pretražna metodologija pronalazi djelotvorna otapala za hvatanje CO₂)“ u časopisu Communications Chemistry. Znanstvenici su, najjednostavnije rečeno, napravili računalne modele za pronalaženje najboljeg otapala za ugljikov dioksid služeći se što izmjerenim što izračunatim fizičkim i kemijskim parametrima. Da budem manje zagonetan, reći ću da je amin kao otapalo za ugljikov dioksid to bolji što ima veću brzina otapanja (R). Ta je veličina korelirana sa pK_a, što je mjera lužnatosti (veći pK_a – veća lužnatost).  

I evo rezultata. Kada su autori spomenutog rada napravili korelaciju izmjerenih vrijednosti za 24 amina (narančaste točke) te još 100 amina (crne i plave točke) čije su vrijednosti pK_a izračunali služeći se teorijskim modelima, dobili su mnoge grafove od kojih ovdje prikazujem samo jedan. Graf jasno pokazuje da „najbolji amin“ nije nipošto MDEA. Od osam amina koji se mogu kupiti (ne treba ih dakle priređivati u laboratoriju) čak ih se pet pokazalo boljim od MDEA. Pravo iznenađenje bili su ciklički amini 1-metil-3-pirolidinol i njegov etilni analog, 1-etil-3-pirilidinol (EPOL) – jer na tu klasu amina kemičari dosad nisu obraćali pozornost. Kada je cikličkom aminu EPOL dodan katalizator (piperazin, PZ) brzina apsorpcije se u odnosu na najbolje dosadašnje otapalo povećalo za gotovo 50 %.

No to nije kraj, jer metode molekulskog modeliranja (QSAR i druge) primijenjene u ovom radu omogućuju pronalazak još boljih otapala za CO₂ i od MDEA i od EPOL. Prostor djelovanja je praktički beskrajan jer postoje deseci tisuća, ako ne i milijuni tercijarnih amina koji se mogu vrlo brzo ispitati a da o njime na treba znati ništa osim kemijske formule (a i formule potencijalnih upijača ugljikovog dioksida mogu se komjutorski generirati).

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te, naravno, Bug online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda, a danas je glavni urednik potrala Panopticum. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.