Kako zarobiti ugljikov dioksid

Hvatanje i iskorištavanje (uhvaćenog) CO2 glavni je izazov kemijske tehnologije 21. stoljeća. Koliko je daleko na tom putu stigla? Ne daleko, ali – ipak se kreće.

Nenad Raos subota, 27. veljače 2021. u 06:00

Nije isto, ali je slično, ili – najbolje rečeno – ima mnogo sličnosti između alkemičara u srednjem vijeku, koji su olovo ili živu htjeli pretvoriti u zlato, i suvremenih kemičara koji hoće od ugljikova dioksida napraviti nešto drugo, čovjeku korisno. Jer kao što su se alkemičari, znojeći se pokraj svojih peći zatočeni u podrumu dvorca kakvog velikaša nadali velikoj nagradi (a obično završavali na vješalima), tako se i kemičari današnice nadaju da će od ugljikova dioksida uspjeti napraviti nešto jako trajno i jako korisno i tako se domoći nagrade od 100 milijuna dolara koju je obećao ekscentrični milijarder Elon Musk za „najbolju“ metodu hvatanja (fiksacije) CO2.

Jasno je: zlato se ne može dobiti iz olova ili žive (al)kemijskim metodama jer – da svedemo na bitno – energija potrebna za transmutaciju elemenata daleko nadmašuje energiju utrošenu ili oslobođenu kemijskim reakcijama. Isto je tako jasno da se ugljikov dioksid ne može pretvoriti u organske spojeve bez utroška energije. Stoga se bismo tog glavnog krivca za podizanje temperature našeg planeta mogli riješiti samo tako da za njegovo uklanjanje koristimo neki obnovljivi izvor energije, energiju Sunca ili vjetra, na primjer. Drugi problem sa CO2 proizlazi iz toga što ga u zraku ima vrlo malo (0,04 %). U otpadnim plinovima iz tvorničkih pogona ima ga doduše više, ali se u njima se nalazi pomiješan s mnogim drugim plinovima, pa ga je teže pročistiti. No to opet ne znači da za to ne postoje tehnologije i, još više, da se te tehnologije – poznate pod kraticama CCS (carbon capture and storage) i CCR (carbon capture and recycling) – već ne primjenjuju.

Dobra je vijest što se na svijetu godišnje proizvede 20 milijuna tona ugljikova dioksida koji se ne prerađuje nego se u kemijski neizmijenjenom obliku koristi za mnoge i vrlo različite svrhe. Mnogi će odmah pomisliti na mineralnu i soda vodu, na coca-colu, špricer i gemišt. No taj se sastojak zraka koristi i za proizvodnju suhog leda i – manje poznato – za konzerviranje hrane: voće i povrće koje se čuva u atmosferi ugljikova dioksida dulje traje. Dodajmo tome da se ugljikov dioksid nalazi u protupožarim aparatima, pa nam se čini kao da smo iscrpili svu njegovu primjemu. No nije tako. Dok se tako iskorišten CO2 brzo vraća u atmosferu, plin koji se tlači u ležišta nafe u njima će ostati zarobljen milijune godina. Takvim postupkom ne samo da se rješavamo glavnog stakleničkog plina, nego se povećava i iscrpak nafte, za čak 15 posto.

No još više od tih 10 milijuna tona ugljikova dioksida kemijski se prerađuje – čak 110 milijuna tona godišnje. Od toga se najviše, 107 milijuna tona, preradi u 146 milijuna tona uree. Dobar dio tog kemijskog spoja, CO(NH2)2 – poznatog i kao mokraćevina ili karbamid („amid ugljične kiseline“) – završava na poljima kao gnojivo, no nalazi i mnoge druge primjene. Neću sad o mokraćevini u pasti za zube nego o proizvodnji urea-formaldehidnih smola, umjetnih polimera (aminoplasta) koji se dobivaju, samo ime kaže, reakcijom uree s formaldehidom (metanalom). Taj se pak aldehid dobiva oksidacijom metanola, CH3OH, koji je po količini drugi kemijski proizvod iz ugljikova dioksida.

Lijepo je biti drugi (kad već nisi prvi), no u metanol se godišnje preradi samo dva milijuna tona CO2, dakle 50 puta manje nego u karbamid. Osim za proizvodnju aminoplasta metanol se rabi i u proizvodnji biodizela (koji je kemijskim sastavom smjesa metilnih ili etilnih estera masnih kiselina). Od metanola se može proizvesti i octena kiselina, no i mnogi drugi organski spojevi poput aditiva za povećavanje oktanske vrijednosti (bezolovnog) benzina. Usto se, s malim udjelom, koristi i u proizvodnji još jednog umjetnog polimera, naime polimetilmetaakrilata (PMMA).

Ugljikov dioksid se može rabiti i kao gorivo, naravno kada se kemijski preradi. U reakciji s vodikom, od CO2 nastaje smjesa ugljikova monoksida i vodika, „plin za sintezu“ od kojeg se mogu sintetizirati ugljikovodici (no i mnogi drugi spojevi, uključujući metanol). To je dakako kemijski i tehnološki moguće – no koliko se financijski isplati drugo je pitanje.

Sve je to lijepo. Još je ljepše da se na navedene (i nenavedene) načine godišnje iskoristi čak 130 milijuna tona ugljikova dioksida koji bi inače završio u atmosferi dodatno dižući temperaturu našeg planeta. No manje je lijepo da malo koja od tih tehnologija omogućuje pohranjivanje CO2 za dulje vrijeme, a sasvim je loše da 130 milijuna tona ugljikova dioksida čini tek 0,4 % od 31 milijarde tona, koliko ga se godišnje čovjekovim djelovanjem ispusti u atmosferu. Dug je, dug je put do Muskovih 100 milijuna. 

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. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda,  a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.