Novi materijal još uspešnije uklanja ugljen dioksid iz vazduha

U zadnjih 50 godina ljudi su sve više svesni svog uticaja na okolinu. Ako izuzmemo čoveka kao originalnog uzročnika svih problema u zadnja 2 veka, već duže vreme neke pojave, supstance i fenomeni se potcrtavaju kao loši, i za nas i za našu okolinu. Jedan od takvih „ozloglašenih“ elemenata, bolje reći, supstanci, jeste ugljen dioksid (CO2).

Početkom ove godine je objavljen rad koji bi mogao ukazati na novo tehnološko rešenje koje bi omogućilo bolje prečišćavanje vazduha koji je zagađen sa ugljen dioksidom. Ovaj gas se direktno optužuje za efekat staklene bašte na nivou cele planete i to mu je najveći greh, naravno, ako izuzmemo činjenicu da je njegovo udisanje samo po sebi štetno po organizam.

Alan Gopert (Alain Goeppert), Sirija Prakaš (Surya Prakash) i hemičar Džordž A. Ola (George A. Olah) tvrde da je jedan od najvećih izazova čovečanstva u 21. veku kontrola emisije ugljen dioksida. Sve metode koje postoje i koje se primenjuju u današnjim uslovima za prečišćavanje gasova na izlazu izduvnih cevi (automobilski auspuh, dimnjaci fabrika…) i za prečišćavanje samog vazduha imaju ozbiljne mane. Najčešće, metode traže veliko ulaganje energije, a efikasnost im je relativno niska. Pomenuti naučnici u potrazi za boljim rešenjem, okrenuli su se materijalima koji se zasnivaju na polietileniminu (C2H5N)n – u linearnoj formi). Pomenuta supstanca je široko dostupan i jeftin polimerski materijal.

Preliminarni testovi su pokazali da su njihovi materijali postigli najveći nivo prečišćavanja vlažnog vazduha u uslovima koji su najbliži onima koji se mogu naći u realnom životu. Treba imati na umu činjenicu da je vazduh smesa (smeša) gasova i da njen osnovni sastav ne podrazumeva značajno prisustvo vode, tačnije, skoro da je nema. Međutim, samo u teoriji postoji idealno suv vazduh i u njemu se, često, nalazi makar i najmanji procenat vode. Samo prisustvo vode i njen udeo u sastavu vazduha ima značajan uticaj na sposobnost njegovog prečišćavanja od različitih polutanata (zagađivači su izvori zagađenja – fabrike i sl, a polutant je materija koja zagađuje svojim prisustvom naše okruženje – gas,otpadna voda, radijacija i sl).

Zapremeniski udeo gasova u vazduhu

(ppmv: milioniti deo zaprmenine)
Gas Zapremina
Azot (N2) 780,840 ppmv (78.084%)
Kiseonik (O2) 209,460 ppmv (20.946%)
Argon (Ar) 9,340 ppmv (0.9340%)
Ugljen dioksid (CO2) 390 ppmv (0.039%)
Neon (Ne) 18.18 ppmv (0.001818%)
Helijum (He) 5.24 ppmv (0.000524%)
Metan (CH4) 1.79 ppmv (0.000179%)
Kripton (Kr) 1.14 ppmv (0.000114%)
Vodonik (H2) 0.55 ppmv (0.000055%)
Azot monoksid (N2O) 0.3 ppmv (0.00003%)
Ugljen monoksid (CO) 0.1 ppmv (0.00001%)
Ksenon  (Xe) 0.09 ppmv (9×10−6%) (0.000009%)
Ozon (O3) 0.0 to 0.07 ppmv (0 to 7×10−6%)
Azot dioksid (NO2) 0.02 ppmv (2×10−6%) (0.000002%)
Jod (I2) 0.01 ppmv (1×10−6%) (0.000001%)
Amonijak (NH3) tragovi
Nije ukuljučen u suvu atmosferu:
Vodena para (H2O) ~0.40% cela atmosfera, 1%-4% iznad same površine
Znači, novi materijal, kada jednom zarobi ugljen dioksid, lako ga posle otpušta, i on se može lako iskoristiti za dobijanje nekih drugih jedinjenja ili da se jednostavno odstrani iz našeg neposrednog okruženja, izoluje. Posle toga, materijal se može ponovo iskoristiti za prečišćavanje, a ponovna upotreba ne smanjuje njegovu efikasnost.

Upotreba ovog materijala je skoro neograničena, kada su u pitanju uslovi upotrebe. Moguće je koristiti ovaj materijal u podmornicama, na odžacima ili prilikom prečišćavanja same atmosfere. Prilikom direktne primene na atmosferu, materijal je u stanju da očisti vazduh od prisustva CO2 koji se nakuplja od malih izvora, kao što su automobilski auspusi, a zagađenje koje oni proizvode čine 50% ukupnog zagađenja ovim gasom.

Rad je objavljen u internet izdanju časopisa Journal of the American Chemical Society.

Kako izgleda 1 tona ugljen dioksida?

Korisno i praktično. Postrojenje sa slike će (jer još nije govoto) imati dvojaku ulogu. Sem što će biti rekreacioni centar sa 1500 metara skijaških staza, postrojenje će sprovoditi svoju glavnu ulogu: proizvodiće energiju iz otpada.

Ideja konstruktora je, da na radovnoj bazi, izbaciju 1 tonu gasova koji se stvaraju prilikom prerade, koji uglavnom sadrže CO2 (ugljen diokisd). Gas će izlaziti u obliku jednog velikog gasnog prstena (prostudirati sliku). Na taj način, ljudi će biti u prilici da vide koliko je to 1 tona ovog gasa.

Kraj izgradnje ovog postrojenja se predviđa za 2016. godinu. Izgradnja će koštati 420 000 000 €, a srećnici koji će moći da uživaju u pogledu na CO2, su svi stanovnici Kopenhagena u Danskoj.

Ustvari, uloga ove energetske konstrukcije je trojaka: stalnim podsećanjem na to na šta liči 1 tona CO2, ljudi će imati uvid u to koliko ovog gasa ima u stvarima koje svakodnevno bacamo.

Korisno, praktično i ne tako lepo… ali, životne lekcije dolaze u raznim oblicima, računajući i one gasne.

Ugljen dioksid, razređivač budućnosti

Jedno od prvih jedinjenja, koje naučimo na časovima hemije u osnovnoj školi, jeste ugljen dikosid (CO2). Malo po malo, ovaj gas (gas na normalnim uslovima), biva sve češće pominjan kroz školovanje, dok jednog dana ne saznate da je baš on jedan od glavnih krivaca globalnog zagrevanja, kroz efekat poznat pod imenom “staklena bašta”. Čak i da niste otišli u srednju školu gde ima još hemije, ova činjenica će vas pre ili kasnije sustići.

Danas nećemo pričati o ugljen dioksidu kao o zlom gasu naše propasti, nego o nekim njegovim pozitivnim ulogama. Za početak, on je vrlo važan sastojak u hemijskoj industriji, koja nam daje mnogo toga korisnog. Njega možete naći u urei, metanolu ili u salicilnoj kiselini. Prvi sa spiska je đubrivo, metanol je dodatak za gorivo, a kiselina ulazi u recept za aspirin.

Istraživači sa Fraunhofer instituta za enegiju, bezbednost, tehnologiju i okruženje u gradu Oberhausen (UMSICHT), su se uhvatili ideje kako da iskoriste CO2 da impregniraju, poboljšaju plastiku. Pri temepraturi od 30,1 stepen Celzijus i pri pritisku od 73,8 bara, CO2 prelazi u superkritično(!?!) stanje u kome on dobija osobine koje imaju razređivači, rastvrači. U tom stanju, moguće ga je ubaciti u polimere, ili da se ponaša kao “nosač” za druga jedinjenja. Slobodno rečeno, na njegovoj grbači, bi se “vozili” i udobno smestili unutar polimera boje, aditivi ili medicinski peraparati.

“Pumpamo tečni ugljen dioksid unutar suda pod visokim pritiskom, gde se već nalazi plastična komponenta koju pokušavamo da ojačamo ili izmenimo. Zatim, postepeno povećavamo temepraturu i pritisak, sve dok CO2 ne dođe do svog kritičnog stanja. Odatle se, dalje, povećava samo pritisak. Pri pritisku od 170 bara, pigment (boja) u prahu, se potpuno razlaže unutar ugljen dioksida, i difunduje se (prolazi kroz samu strukturu, a da je ne uništava) zajednom sa gasom kroz plastiku. Sam proces traje samo nekoliko minuta, i kada se jednom sud pod pristiskom otvori, gas će jednostavno izaći iz njega i plastike, a pigment će nepovratno ostati u plastici.” Ovo bi bilo sažeto objašnjenje procesa bojenja plastike, po jednom od istraživača, Dipl. Ing. Mafred Renneru, sa već pomenutog insituta u Nemačkoj.

Sledeći primer bi moga delovati još bolje. Služeći se istom logikom, istraživači su ubacili nano čestice sa antibakterijskim osobinama u polikarbonat. Tako tretirana plastika je potpuno negostoljubiva za bakterije kao što je E. Coli, tačnije, ubija ih. Ovakve plastične mase se mogu koristiti svuda gde ima puno ljudi, a stalno se barata sa mnogo različitih predmeta. To ne bi bile samo bolnice, nego bilo koje javne institucije, gde se, na primer, svakodnevno, puno ljudi uhvati za kvaku na vratima. Ovakve kvake bi eliminisale rizik od zaraza za zaposlene i stranke, makar za one bolesti koje se mogu preneti dodirom.

Ubacivanje nezapaljivih jedinjenja je bilo isto uspešno. “Naša metoda je dobra za impregniranje plastičnih masa, koje su pola kristalne, a pola amorfne strukture, kao što je najlon, TPE, TPU, PP i polikarbonati.” ističe Renner i dodaje: “ali se ne može primeniti na polimere sa kristalnom strukturom.” Istaknimo da su amorfne materije one, koje kroz dugi vremenski period NE MOGU zadržati fiksnu strukturu, i ako se nalaze u idealnim uslovima. Sa vremenom, one jednostavno “teku”, poput tečnosti, naravno, neverovatno sporo, ali postojano.

Ovaj proces bojenja, impregnacije ili jednostavnog poboljšanja plastičnih masa ima velike prednosti. Prva stavka je već sama po sebi jasna: CO2 je nezapaljiv, ne toksičan i jeftin gas. Bez obzira što se ponača kao razređivač, ovaj gas nema iste, štetne, osobine koje imaju standardni razređivači koje se koriste. Površina obojenog objekta, kod standardnih metoda bojenja je slabo otporna na habanje, tačnije, boje se mogu relativno lako skinuti. Postoje starije metode poboljšavanja plastike, ali one imaju svoje mane. Većina njih nije u stanju da na kvalitetan način impregnira nezapaljive supstance unutar određene plastike. Boje koje se ubacuju pomoću ugljen dikoksida, se nalaze na temperaturama koje su daleko ispod tačke topljenja. Metode koje zahtevaju veću temepraturu često mogu promeniti nijansu pigmenta, koji ubacujemo, tako da do kraja procesa, možemo imati umesto ljubičaste, skoro crnu boju na željenom predmetu. Zgodno za proizvodnju maski za mobilne telefone.

Ranner ističe još jednu medicinsku primenu: “Sočiva se mogu impregnirati sa farmaceutskim preparatima koji se koriste za čišćenje samih sočiva. Preparati bi se postepeno ispuštali iz same plastike (sočiva), što bi smanjilo potrebu za učestalim čišćenjem i održavanjem sočiva, koje je sada svakodnevno.”

Ovakva otkrića ne predstavljaju prektretnicu u istoriji, ali, svakako, daju svoj diskretni doprinos u povećavanju kvaliteta života – sa dobrog, na bolje. Sa druge stane, ako bismo imali (samo) jednom godišnje, ovakve pomake, za samo jedan ljudski vek, planeta Zemlja bi bila mnogo bolje mesto za život. Međutim, taj boljitak nam i dalje izmiče… postavlja se pitanje.. kako i zašto?