Διοξειδιο του άνθρακα.(CO2)

[Δροσος Γεωργιος]

Επαναστατική τεχνολογία μετατροπής του άνθρακα σε «πράσινη» πηγή ενέργειας.

Πρόκειται για μια κυψέλη καυσίμου που δεν επιτρέπει την εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα.

Κινέζοι επιστήμονες ανέπτυξαν μια πρωτοποριακή κυψέλη καυσίμου που λειτουργεί με άνθρακα και θα μπορούσε θεωρητικά να εξαλείψει τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ανοίγοντας τον δρόμο για πιο αποδοτικά και φιλικά στο περιβάλλον εργοστάσια παραγωγής ενέργειας.Οι συμβατικές μέθοδοι παραγωγής ενέργειας από άνθρακα έχουν υψηλό ανθρακικό αποτύπωμα και παράγουν μεγάλες ποσότητες ρύπων και πολλές χώρες αναζητούν καθαρές και βιώσιμες ενεργειακές λύσεις.Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Shenzhen παρουσίασαν αυτό που αποκαλούν κυψέλη καυσίμου άνθρακα μηδενικών εκπομπών (ZC-DCFC). Αντί να καίγεται ο άνθρακας για την παραγωγή ατμού και την κίνηση τουρμπίνας, το σύστημα βασίζεται σε διαφορετική προσέγγιση. Ο άνθρακας πρώτα κονιορτοποιείται, ξηραίνεται και υφίσταται ειδική επεξεργασία πριν εισαχθεί στην άνοδο της κυψέλης. Στην κάθοδο διοχετεύεται οξυγόνο και στη συνέχεια ο άνθρακας υφίσταται ηλεκτροχημική οξείδωση μέσω μιας μεμβράνης οξειδίων.Κατά τη διαδικασία παράγεται διοξείδιο του άνθρακα αλλά αντί να απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα παγιδεύεται μέσα στο σύστημα και μετατρέπεται σε χρήσιμες χημικές πρώτες ύλες όπως συνθετικό αέριο (syngas). Η απόδοση της κυψέλης μπορεί να φτάσει έως και το 40%, σύμφωνα με τη μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Energy Reviews». Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι επειδή αποφεύγονται οι απώλειες που σχετίζονται με την καύση και τις θερμικές μηχανές η θεωρητική απόδοση είναι σημαντικά υψηλότερη.Παλαιότερες προσπάθειες άμεσης μετατροπής άνθρακα σε ενέργεια αντιμετώπιζαν προβλήματα όπως μικρή διάρκεια ζωής και χαμηλή ισχύ. Η νέα τεχνολογία φαίνεται να ξεπερνά αυτά τα εμπόδια καθώς μπορεί να κλιμακωθεί σε μεγαλύτερα συστήματα και παρουσιάζει καλύτερη μετατροπή άνθρακα σε ενέργεια.Οι επιστήμονες θεωρούν ότι αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να αποτελέσει μια ριζικά νέα λύση για την αξιοποίηση του άνθρακα με σχεδόν μηδενικές εκπομπές, μετατρέποντάς τον από παραδοσιακό ορυκτό καύσιμο σε πιθανή «καθαρή» πηγή ενέργειας. Επιπλέον, προτείνουν ότι στο μέλλον τέτοιες κυψέλες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ακόμη και σε μεγάλα βάθη, όπου βρίσκονται πλέον τα αποθέματα άνθρακα, επιτρέποντας την άμεση μετατροπή του σε ενέργεια χωρίς την ανάγκη εξόρυξης και μεταφοράς.

https://www.naftemporiki.gr/green/energy/2103591/epanastatiki-technologia-metatropis-toy-anthraka-se-prasini-pigi-energeias/

Το επεξεργάστηκε Απρίλιος 29 ο Δροσος Γεωργιος

[Δροσος Γεωργιος]

Τα βουνά ως πετρωμένο CO₂

Για την Παγκόσμια ημέρα Περιβάλλοντος 2026 - «Εμπνευσμένοι από τη Φύση. Για το Κλίμα. Για το Μέλλον μας.»

Καθηγητής και τέως Κοσμήτορας της Σχολής Μηχανικών Ορυκτών Πόρων του Πολυτεχνείου Κρήτης

Μανόλης Μανούτσογλου

Όταν κοιτάζουμε τον Όλυμπο, τον Ταΰγετο, τα Λευκά Όρη, τον Ψηλορείτη, τη Δίκτη, όλους τους ασβεστολιθικούς ορεινούς όγκους της Κρήτης και της Ελλάδας, συνήθως αντιλαμβανόμαστε ένα σταθερό και σχεδόν αιώνιο γεωλογικό τοπίο.Η εντύπωση αυτή όμως είναι παραπλανητική, γιατί ένα μεγάλο μέρος αυτών των πετρωμάτων υπήρξε κάποτε διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) στην παλαιοατμόσφαιρα ή διαλυμένο στα νερά του αρχέγονου ωκεανού της Τηθύος.Οι σύγχρονοι Γεωεπιστήμονες  με περισσότερο πειστικά τεκμήρια οδηγούνται σε ένα εντυπωσιακό συμπέρασμα:Tα ανθρακικά πετρώματα του πλανήτη αποτελούν κατά κύριο λόγο προϊόν της αλληλεπίδρασης ατμόσφαιρας, υδρόσφαιρας και βιόσφαιρας, με εμφανή την επιτάχυνση της δημιουργίας τους από την έναρξη του Φανεροζωικού αιώνα (~540 Ma) και εξής, όταν η εμφάνιση σκελετοφόρων οργανισμών αναδιάταξε ριζικά τον παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα [1].Και αυτό γιατί ένα μεγάλο μέρος, το 44% κατά βάρος, των ανθρακικών πετρωμάτων (και των βουνών) της Γης είναι είτε χημικά στερεοποιημένο τμήμα του διοξειδίου του άνθρακος της ατμόσφαιρας, είτε έχει προκύψει από συσσώρευση απολιθωμένων υπολειμμάτων έμβιων όντων που κατά τη διάρκεια της ζωής τους δέσμευαν CO₂ από την ατμόσφαιρα ή τους ωκεανούς για να κατασκευάσουν τους ανθρακικούς σκελετούς και τα κελύφη τους.Η δημόσια συζήτηση για την κλιματική αλλαγή επικεντρώνεται με έμφαση στο CO₂ της ατμόσφαιρας. Ωστόσο, η ατμόσφαιρα περιέχει μόνο ένα πολύ μικρό ποσοστό του συνολικού άνθρακα της Γης, γιατί απλούστατα η μεγαλύτερη δεξαμενή άνθρακα στον πλανήτη δεν είναι ούτε τα δάση, ούτε οι ωκεανοί, ούτε τα εδάφη, αλλά τα ανθρακικά πετρώματα, κυρίως οι ασβεστόλιθοι και οι δολομίτες.Τα δύο αυτά συγγενικά είδη ανθρακικών  πετρωμάτων «αποθηκεύουν» περίπου 80 εκατομμύρια γιγατόνους άνθρακα, ποσότητα ογδόντα οχτώ χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από τον άνθρακα που βρίσκεται υπό την μορφή  διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) στη σημερινή ατμόσφαιρα [1].

«Γεωλογική αποθήκευση»

Αυτό σημαίνει ότι η Γη, εδώ και εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, αφαιρεί συνεχώς διοξείδιο του άνθρακα από την παλαιοατμόσφαιρά της και το μετατρέπει σε αδρανές στερεό πέτρωμα.Ο βασικός μηχανισμός μέσω του οποίου συμβαίνει αυτή η «γεωλογική αποθήκευση» είναι ο ανθρακικο-πυριτικός κύκλος (carbonate–silicate cycle) [2]. Το CO₂ διαλύεται στο νερό της βροχής σχηματίζοντας ανθρακικό οξύ, το οποίο αποσαθρώνει πυριτικής σύστασης πετρώματα και απελευθερώνει ασβέστιο. Το ασβέστιο μεταφέρεται μέσω των ποταμών στους ωκεανούς, όπου τελικά μέσω χημικών αντιδράσεων ενώνεται με το διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) των ωκεανών, σχηματίζοντας κυρίως ανθρακικό ασβέστιο (CaCO₃), βασικό ορυκτό των ανθρακικών πετρωμάτων [2].Έτσι, σταδιακά, μέρος του άνθρακα που αφαιρείται από την ατμόσφαιρα με την μορφή CO₂, «ενταφιάζεται» στα ανθρακικά πετρώματα και αδρανοποιείται στο διάβα του γεωλογικού χρόνου.Με την πάροδο εκατομμυρίων ετών, οι θαλάσσιες ανθρακικές αποθέσεις μέσω διαγενετικών διεργασιών μετατρέπονται σε πετρώματα και μέσω τεκτονικών και μεταμορφικών διεργασιών μεταμορφώνονται σε μάρμαρα και ανυψώνονται σχηματίζοντας οροσειρές.Υπό αυτήν την έννοια, τα ανθρακικά τμήματα των  βουνών αποτελούνται κυριολεκτικά σε σημαντικό τους ποσοστό (44% κατά βάρος) από αρχαίο ατμοσφαιρικό CO₂ που σε μεγάλο ποσοστό αποθηκεύτηκε στα ανθρακικά πετρώματα με χημικές διεργασίες.

Η κατανόηση του τρόπου της γεωλογικής αποθήκευσης του άνθρακα αποκτά ιδιαίτερη σημασία στο πλαίσιο της σύγχρονης κλιματικής συζήτησης.

Εκτός από τις τεράστιες ποσότητες του άνθρακα που έχουν δεσμευτεί και «ενταφιαστεί» γεωλογικά επί εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια στα ανθρακικά πετρώματα, υπάρχει και ο οργανικός άνθρακας που βρίσκεται στα ορυκτά καύσιμα, δηλαδή στους στερεούς, υγρούς και αέριους υδρογονάνθρακες, που με την καύση τους  επιστρέφει σήμερα στην ατμόσφαιρα.Πέρα από αυτούς, η παραγωγή τσιμέντου γίνεται με τη θερμική διάσπαση των ανθρακικών πετρωμάτων από όπου απελευθερώνεται CO₂. Έτσι λοιπόν όταν καίγονται ορυκτά καύσιμα ή παράγεται τσιμέντο, άνθρακας που είχε παραμείνει ενταφιασμένος σε ανθρακικά πετρώματα επιστρέφει με την μορφή του CO₂ ξανά στην ατμόσφαιρα.Ο ρυθμός επιστροφής δεν έχει προηγούμενο στη γεωλογική ιστορία. Ο Falkowski και οι συνεργάτες του υπολόγισαν ότι η σημερινή αύξηση CO₂ είναι 10 έως 100 φορές ταχύτερη από τις φυσικές μεταβολές που καταγράφονται στους πυρήνες πάγου των τελευταίων 420.000 χρόνων [1,3].Αυτή η ασύμμετρη σχέση ανάμεσα στη γεωλογική ταχύτητα δέσμευσης και την ανθρωπογενή ταχύτητα αποδέσμευσης CO₂ αποτελεί τη βασική γεωεπιστημονική διάσταση του κλιματικού προβλήματος.

Η ζωή συμμετείχε ενεργά στη δημιουργία των ανθρακικών πετρωμάτων

Για πολλές δεκαετίες, οι Γεωεπιστήμονες θεωρούσαν ότι τα περισσότερα ανθρακικά πετρώματα σχηματίζονται κυρίως μέσω ανόργανων χημικών διεργασιών. Σήμερα όμως γνωρίζουμε ότι η ζωή συμμετείχε ενεργά και σε πλανητική κλίμακα στη δημιουργία των ανθρακικών πετρωμάτων.Κοράλλια, φύκη, τρηματοφόρα, κοκκολιθοφόρα και αμέτρητοι άλλοι οργανισμοί κατασκευάζουν τους σκελετούς τους από ανθρακικό ασβέστιο. Οι περισσότεροι από αυτούς τους οργανισμούς είναι θαλάσσιοι και αντλούν τα χημικά συστατικά (CaO και CO₂) από την δεύτερη σε μέγεθος δεξαμενή άνθρακα στον πλανήτη, το νερό των ωκεανών, που περιέχει πενήντα φορές περισσότερη ποσότητα άνθρακα από αυτόν που είναι συγκεντρωμένος σήμερα στην ατμόσφαιρα.Μετά τον θάνατό τους, οι σκελετοί αυτοί συσσωρεύονται στον πυθμένα των θαλασσών και τελικά μετατρέπονται μέσα από διαγενετικές διεργασίες σε ασβεστόλιθο [4]. Έτσι, ένα ποσοστό των ανθρακικών πετρωμάτων αποτελεί στην ουσία απολιθωμένη βιολογική παραγωγή.Ακόμη πιο εντυπωσιακή είναι η σημασία των μικροβίων. Τα τελευταία χρόνια έχει αποδειχθεί ότι βακτήρια, μικροβιακά βιοφίλμ και κυανοβακτήρια μπορούν να προκαλέσουν άμεση κατακρήμνιση ανθρακικού ασβεστίου μέσω της λεγόμενης Microbially Induced Carbonate Precipitation (MICP), δηλαδή μικροβιακά επαγόμενης ανθρακικής κατακρήμνισης [5].

Η βασική αντίδραση είναι:

Ca2++HCO3−→CaCO3+H+

Σήμερα πολλοί ερευνητές θεωρούν ότι μεγάλο μέρος της λεγόμενης carbonate mud, της ανθρακικής λάσπης που αποτελεί βασικό συστατικό πολλών ασβεστολίθων, έχει άμεση ή έμμεση μικροβιακή προέλευση. Έτσι, η διάκριση ανάμεσα σε «ανόργανη» και «βιογενή» δημιουργία ανθρακικών πετρωμάτων γίνεται ολοένα πιο δυσδιάκριτη.Η Κρήτη αποτελεί εξαιρετικό φυσικό εργαστήριο για την κατανόηση αυτών των διεργασιών. Τα Λευκά Όρη, ο Ψηλορείτης και η Δίκτη αποτελούνται σε μεγάλο βαθμό από ανθρακικά πετρώματα που σχηματίστηκαν στις αρχαίες θάλασσες της Τηθύος. Ταυτόχρονα, σε μικρότερη κλίμακα, οι ριζόλιθοι του Σταυρού Ακρωτηρίου Χανίων αποκαλύπτουν ότι η δέσμευση CO₂ συνεχίζεται ακόμη και «σήμερα» σε εδάφη και αμμοθίνες.Οι ρίζες των φυτών απελευθερώνουν CO₂, μεταβάλλουν το pH και ενεργοποιούν μικροβιακές διεργασίες που οδηγούν στην κατακρήμνιση ανθρακικού ασβεστίου γύρω τους. Έτσι σχηματίζονται οι ριζόλιθοι, απολιθωμένα ριζικά συστήματα από ασβεστίτη [6]. Οι ριζόλιθοι αποτελούν ουσιαστικά μικρογραφία ενός πλανητικού μηχανισμού απομάκρυνσης του CO₂ από την ατμόσφαιρα που λειτουργεί εδώ και εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια.

Το κύριο ερώτημα

Το ερώτημα όμως που τίθεται σήμερα με επιτακτικό τρόπο είναι: αρκεί αυτός ο μηχανισμός για να αντιμετωπίσει τον ρυθμό με τον οποίο η ανθρώπινη δραστηριότητα επαναφέρει CO₂ στην ατμόσφαιρα;Η διαφωνία μεταξύ επιστημόνων δεν αφορά την ύπαρξη ή μη της ανθρωπογενούς κλιματικής αλλαγής, αλλά κυρίως τη χρονική κλίμακα στην οποία η ίδια η Γη μπορεί να αντιδράσει.

Για να γίνει αντιληπτή η πραγματική κλίμακα του προβλήματος, αξίζει να το εκφράσουμε σε συγκεκριμένους αριθμούς.

Το CO₂ αποτελεί σήμερα μόλις 0,0425% της ατμόσφαιρας (περιεκτικότητα 425 ppm) που αντιστοιχεί σε αύξηση κατά 0,0145 ποσοστιαίες μονάδες από την προβιομηχανική εποχή (280 ppm έναντι 425 ppm σήμερα), σε σχέση με την περιεκτικότητα που για τα τελευταία 420.000 χρόνια δεν είχε ξεπεράσει τα 300 ppm [3].Πρόκειται για αριθμητικά μικρή μεταβολή στη σύσταση της ατμόσφαιρας, που ωστόσο αντιστοιχεί σε σχετική αύξηση ~52% ως προς την προβιομηχανική συγκέντρωση και σε περίπου 309 επιπλέον γιγατόνους άνθρακα (GtC). Μια  ποσότητα που αν μετατρεπόταν σε ασβεστόλιθο θα σχημάτιζε έναν κύβο με πλευρές περίπου 7,5 χιλιομέτρων.Τα παλαιοκλιματικά δεδομένα προσδίδουν στους αριθμούς αυτούς ακόμη βαθύτερη σημασία. Οι παλαιοκλιματικοί υπολογισμοί και τα μοντέλα δείχνουν ότι η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης υπήρξε κατά περιόδους πολύ υψηλότερη από τη σημερινή.Κατά το Τριαδικό, το Ιουρασικό και τμήματα του Κρητιδικού, οι συγκεντρώσεις CO₂ εκτιμάται ότι έφθασαν ή και ξεπέρασαν τις 3.000–5.000 ppm, δηλαδή έως και δέκα φορές υψηλότερες από τις σημερινές τιμές των περίπου 425 ppm [3].Τα δεδομένα του παγοπυρήνα Vostok δείχνουν ότι κατά τις θερμές μεσοπαγετώδεις περιόδους MIS 5.5 (Eemian, περίπου 125.000 χρόνια πριν) και MIS 9.3 (περίπου 330.000 χρόνια πριν), η Ανταρκτική ήταν κατά περίπου 1–3°C θερμότερη από ό,τι κατά το Ολόκαινο, ενώ οι συγκεντρώσεις CO₂ και μεθανίου ήταν υψηλότερες από τις περισσότερες άλλες μεσοπαγετώδεις περιόδους [3].Παρά το γεγονός ότι οι συγκεντρώσεις CO₂ κατά την Eemian περίοδο δεν ξεπερνούσαν τα 280–300 ppm, το παγκόσμιο κλίμα ήταν ελαφρώς θερμότερο από το προβιομηχανικό, γεγονός που αναδεικνύει τη σημαντική επίδραση των τροχιακών παραμέτρων και των φυσικών κλιματικών ανατροφοδοτήσεων [3,1].Μπροστά σε αυτά τα δεδομένα, οι γεωεπιστήμονες αν και εδώ και δεκαετίες έχουν τονίσει τους μηχανισμούς αυτορρύθμισης, τον ανθρακικο-πυριτικό κύκλο που λειτουργεί ως φυσικός «θερμοστάτης» του πλανήτη, τη χημική αποσάθρωση, τις ωκεάνιες ανατροφοδοτήσεις, κ.ά., δεν αρνούνται το πρόβλημα.Επισημαίνουν όμως ότι η Γη διαθέτει τα «εργαλεία» για να επαναφέρει τη γεωχημική ισορροπία [7].

Η μελέτη χρειάζεται ερευνητική προσοχή και χρηματοδότηση

Τα τελευταία χρόνια έχουν ξεκινήσει συστηματικές έρευνες στη λεγόμενη «ενισχυμένη αποσάθρωση» (Enhanced Rock Weathering), με ενθαρρυντικά πρώιμα αποτελέσματα που δείχνουν ότι η τεχνητή επιτάχυνση του μηχανισμού είναι εφικτή [8].Ωστόσο, η επιστημονική κοινότητα παραμένει σε μεγάλο βαθμό προσανατολισμένη σε βιολογικές και τεχνολογικές λύσεις όπως  ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δασοφύτευση, δέσμευση άνθρακα κ.α., ενώ η συστηματική μελέτη των γεωλογικών μηχανισμών ανάδρασης της Γης δεν έχει λάβει την ερευνητική προσοχή και τη χρηματοδότηση που της αναλογούν.Μια πιο ολοκληρωμένη προσέγγιση θα απαιτούσε την κατανομή επαρκών ερευνητικών κονδυλίων για την επισταμένη μελέτη αυτών των γεωχημικών μηχανισμών: να κατανοήσουμε καλύτερα τις χρονικές κλίμακες, τα κατώφλια και τις δυνατότητες ενίσχυσής τους.Η γεωλογική ιστορία της Γης καταγράφει περιόδους με εξαιρετικά υψηλές συγκεντρώσεις CO₂ και αποκαλύπτει με ποιους μηχανισμούς και σε πόσο χρόνο η Γη τις αντιμετώπισε.Αντί να αντλούμε από αυτό το αρχείο μόνο επιχειρήματα για ή κατά της σοβαρότητας του προβλήματος, οφείλουμε να το μελετήσουμε διεξοδικά και συστηματικά ώστε να κατανοήσουμε υπό ποιες συνθήκες αυτοί οι μηχανισμοί επιταχύνονται και αν μπορούν να υποβοηθηθούν από ανθρώπινη παρέμβαση.

Συγκεντρώσεις CO₂, θερμοκρασία και σκόνη από τον παγοπυρήνα Vostok της Ανταρκτικής για τα τελευταία 420.000 χρόνια. Πηγή: Petit et al. (1999), Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

https://www.naftemporiki.gr/green/climate/2120044/ta-voyna-os-petromeno-co₂/