Kisik je plin koji se dobro otapa u vodi, uči se u školi, no sve se svodi na pitanje što je „dobro“, a što „loše“. Ako mislimo na to da se kisik otapa tako dobro da ribe (i drugi vodeni organizmi) mogu disati, onda je voda dobro otapalo za taj plin. No ako uzmemo u obzir da ribe plivaju trbuhom prema gore ako se temperatura vode u rijeci ili jezeru malo povisi (jer topljivost plinova opada s temperaturom), onda vidimo da je voda slabo otapalo za kisik. Ne samo to. Ribe su hladnokrvne životinje pa troše manje kisika od toplokrvnih, a osim toga kroz škrge može proteći mnogo više vode nego što može kroz pluća proći zraka.

Umjesto da se upuštamo u skolastička nadmudrivanja o tome što se dobro, a što slabo otapa, radije ćemo prijeći na činjenice. Pri 21 ^oC u litri vode se može otopiti 8,8 mg ili 6,64 mL O₂, što znači da u vodi zasićenoj kisikom ima 32 puta manje kisika nego u zraku (210 mL L^-1). Da međutim sve ovisi o topljivosti, zacijelo bismo se ugušili, a s nama i svi višestanični aerobni organizmi, da budem do kraja precizan. Krv mora naime prenositi kisik do tkiva, a topljivost O₂ u vodi (i krvi) je premala da bi kisik mogao davati energiju za bilo koji i bilo kakav aerobni metabolizam. Na svu sreću, u krvi postoji hemoglobin, pa litra krvi može otopiti 203 mL kisika – dakle 30 puta više od vode. Štoviše, otapanje kisika u krvi bez sudjelovanja hemoglobina nije dobro, pa pri dubokom ronjenju (jer je topljivost plinova proporcionalna tlaku) dolazi do opijenosti tih životvornim plinom uslijed njegove visoke koncentracije.

Ovdje smo već dobrano zagazili u fiziologiju, no o fiziologiji je ovdje riječ, ali ne o fiziologiji čovjeka nego o fiziologiji robota, jer i roboti bi mogli postati – kažu američki znanstvenici – aerobi. To se vidi već iz naslova njihova znanstvenog rada, „Emulsions that store oxygen for fast ORR kinetics and multifunctional robotic and mobility systems“, objavljenom u časopisu Matter. Riječ je dakle o emulziji za pohranu kisika, koji opet služi za ORR, a to je kratica kojoj isprva nisam mogao dokučiti značenje. Riječ je međutim o „reakciji redukcije kisika“ (oxygen reduction reaction, ORR), dakle o upotrebi kisika kao oksidacijskog sredstva (O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4OH^-).

Ideja vodilja autora spomenutog rada je jednostavna: kao što krv nosi kisik žilama, tako bi i tekućina koja bi ga bolja otapala od vode mogla nositi do senzora i atenuatora u robotskim udovima. Štoviše, bolja topljivost kisika u elektrolitu učinila bi efikasnijima gorivne članke i sve vrste baterija sa zračnom polarizacijom. No, kako to postići?

Rješenje je u silikonskom ulju u kojem se kisik otapa 60 puta bolje nego u vodi (411 mL L^-1), a usto mu je difuzivnost 30 puta veća, što znači da se 30 puta brže od vode zasićuje kisikom. To je dobro, no nezgodno je što silikonsko ulje ne vodi električnu struju, pa ne može poslužiti kao elektrolit u bateriji, ma kakva ona bila.

I tu se pojavljuje rješenje, koje vidimo već u naslovu spomenutog rada, u riječi „emulzije“ (emulsions): ulje treba raspršiti u vodi. Ne baš u vodi, jer voda ne vodi dobro električnu struju, nego u kalijevoj lužini, točnije rečeno u otopini kalijeva hidroksida (KOH) koncentracije 0,5 mol L^-1 (28 g L^-1). Usto treba dodati emulgator (detergent) kako bi se emulzija stabilizirala. Nakon jakog mućkanja evo i rezultata: to je emulzija s kapljicama promjera 300 nm (0,3 μm), što znači da su tridesetak puta manje od eritrocita (promjer kojih je 8 μm), krvnih stanica koje zahvaljujući hemoglobinu vežu i prenose kisik. Tako je dobivena tekućina nalik na krv, samo što nije crvena nego bijela, slična mlijeku.

Emulzija sa 20 % silikonskog ulja mogla je otopiti 15 mg L^-1 O₂, što znači da se topljivost kisika dvostruko povećala prema vodi i kalijevoj lužini. Kada je njome napunjena baterija koja se sastojala od platinske katode i cinkove anode, postignuta je gustoća struje od 5,6 mA i gustoća snage od 4,6 mW po kvadratnom centimetru. To nije mnogo, jer koliko se dobilo na koncentraciji kisika toliko se izgubilo na unutrašnjem otporu baterije jer – jasno je – omski otpor emulzije veći je od otpora osnovnog elektrolita, kalijeve lužine.

Ipak, nije sve tako crno. Emulzija silikonskog ulja mogla bi služiti samo za prijenos kisika do udaljenih robotskih „tkiva“, baš kao što to krv čini. Što bi se potom s kisikom događalo, što bi on oksidirao da bi dao energiju robotu, to tek treba vidjeti.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“ i „Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti“.