Καθώς το διοξείδιο του άνθρακα συνεχίζει να συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα της Γης, ερευνητικές ομάδες σε όλο τον κόσμο έχουν αφιερώσει χρόνια στην αναζήτηση τρόπων για την αποτελεσματική απομάκρυνση του αερίου από την ατμόσφαιρα. Εν τω μεταξύ, η νούμερο ένα «καταβόθρα» στον κόσμο για το διοξείδιο του άνθρακα είναι ο ωκεανός, ο οποίος απορροφά περίπου το 30-40% του συνόλου του αερίου που παράγεται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες .
Πρόσφατα, η δυνατότητα απομάκρυνσης του διοξειδίου του άνθρακα απευθείας από το νερό των ωκεανών προέκυψε ως μια άλλη πολλά υποσχόμενη δυνατότητα για τον μετριασμό των εκπομπών CO 2, κάτι που θα μπορούσε δυνητικά κάποια μέρα να οδηγήσει ακόμη και σε συνολικές καθαρές αρνητικές εκπομπές. Όμως, η ιδέα δεν έχει ακόμη οδηγήσει σε κάποια ευρεία χρήση, αν και υπάρχουν μερικές εταιρείες που επιχειρούν να εισέλθουν σε αυτόν τον τομέα.
Τώρα, μια ομάδα ερευνητών στο MIT λέει ότι μπορεί να έχουν βρει το κλειδί για έναν πραγματικά αποτελεσματικό και φθηνό μηχανισμό αφαίρεσης. Τα ευρήματα αναφέρθηκαν αυτή την εβδομάδα στο περιοδικό Energy and Environmental Science , σε μια εργασία των καθηγητών του MIT T. Alan Hatton και Kripa Varanasi, μεταδιδακτορικού Seoni Kim και μεταπτυχιακών φοιτητών Michael Nitzsche, Simon Rufer και Jack Lake. Οι ίδιοι μιλούν για δυνατότητα πιλοτικής εφαρμογής σε μια διετία από τώρα.
Οι υπάρχουσες μέθοδοι για την απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα από το θαλασσινό νερό εφαρμόζουν μια τάση σε μια στοίβα μεμβρανών για να οξινίσουν ένα ρεύμα τροφοδοσίας με διάσπαση νερού. Αυτό μετατρέπει τα διττανθρακικά στο νερό σε μόρια CO 2 , τα οποία στη συνέχεια μπορούν να αφαιρεθούν υπό κενό. Ο Hatton, ο οποίος είναι καθηγητής Χημικής Μηχανικής Ralph Landau, σημειώνει ότι οι μεμβράνες είναι ακριβές και απαιτούνται χημικές ουσίες για να οδηγήσουν τις συνολικές αντιδράσεις ηλεκτροδίων σε κάθε άκρο της στοίβας, προσθέτοντας περαιτέρω το κόστος και την πολυπλοκότητα των διεργασιών. «Θέλαμε να αποφύγουμε την ανάγκη εισαγωγής χημικών ουσιών στα μισά κύτταρα ανόδου και καθόδου και τη χρήση μεμβρανών αν είναι δυνατόν», λέει.
Η ομάδα κατέληξε σε μια αναστρέψιμη διαδικασία που αποτελείται από ηλεκτροχημικά κύτταρα χωρίς μεμβράνη. Τα αντιδραστικά ηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται για την απελευθέρωση πρωτονίων στο θαλασσινό νερό που τροφοδοτείται στα κύτταρα, οδηγώντας την απελευθέρωση του διαλυμένου διοξειδίου του άνθρακα από το νερό. Η διαδικασία είναι κυκλική: πρώτα οξινίζει το νερό για να μετατρέψει τα διαλυμένα ανόργανα διττανθρακικά σε μοριακό διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο συλλέγεται ως αέριο υπό κενό. Στη συνέχεια, το νερό τροφοδοτείται σε ένα δεύτερο σύνολο κυττάρων με αντίστροφη τάση, για να ανακτήσει τα πρωτόνια και να μετατρέψει το όξινο νερό ξανά σε αλκαλικό πριν το απελευθερώσει πίσω στη θάλασσα. Περιοδικά, οι ρόλοι των δύο κυψελών αντιστρέφονται όταν το ένα σύνολο ηλεκτροδίων έχει εξαντληθεί από πρωτόνια (κατά την οξίνιση) και το άλλο έχει αναγεννηθεί κατά την αλκαλοποίηση .
Αυτή η αφαίρεση διοξειδίου του άνθρακα και η επανέγχυση αλκαλικού νερού θα μπορούσε σιγά σιγά να αρχίσει να αναστρέφει, τουλάχιστον τοπικά, την οξίνιση των ωκεανών που έχει προκληθεί από τη συσσώρευση διοξειδίου του άνθρακα, η οποία με τη σειρά της έχει απειλήσει κοραλλιογενείς υφάλους και οστρακοειδή, λέει ο Varanasi, καθηγητής μηχανολογίας. Η επανέγχυση αλκαλικού νερού θα μπορούσε να γίνει μέσω διάσπαρτων εξόδων ή σε μακρινές ακτές για να αποφευχθεί μια τοπική ακμή αλκαλικότητας που θα μπορούσε να διαταράξει τα οικοσυστήματα. «Δεν θα είμαστε σε θέση να αντιμετωπίσουμε τις εκπομπές ολόκληρου του πλανήτη», προσθέτει. Αλλά η επανέγχυση μπορεί να γίνει σε ορισμένες περιπτώσεις σε μέρη όπως ιχθυοτροφεία, τα οποία τείνουν να οξινίζουν το νερό, επομένως αυτό θα μπορούσε να είναι ένας τρόπος να αντιμετωπιστεί αυτό το θέμα.
Μόλις αφαιρεθεί το διοξείδιο του άνθρακα από το νερό, πρέπει να απορριφθεί, όπως συμβαίνει με άλλες διαδικασίες αφαίρεσης άνθρακα. Για παράδειγμα, μπορεί να θαφτεί σε βαθείς γεωλογικούς σχηματισμούς κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας ή μπορεί να μετατραπεί χημικά σε μια ένωση όπως η αιθανόλη, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο μεταφοράς ή σε άλλα εξειδικευμένα χημικά. «Μπορείτε σίγουρα να εξετάσετε το ενδεχόμενο να χρησιμοποιήσετε το δεσμευμένο CO 2 ως πρώτη ύλη για την παραγωγή χημικών ουσιών ή υλικών, αλλά δεν πρόκειται να μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε όλο ως πρώτη ύλη», λέει ο Hatton. «Θα ξεμείνετε από αγορές για όλα τα προϊόντα που παράγετε, οπότε ανεξάρτητα από όλα τα άλλα μια σημαντική ποσότητα του δεσμευμένου CO 2 θα πρέπει να θαφτεί υπόγεια».
Αρχικά τουλάχιστον, η ιδέα θα ήταν να συνδυαστούν τέτοια συστήματα με υπάρχουσες ή προγραμματισμένες υποδομές που ήδη επεξεργάζονται θαλασσινό νερό, όπως μονάδες αφαλάτωσης . «Αυτό το σύστημα είναι επεκτάσιμο, ώστε να μπορούμε να το ενσωματώσουμε δυνητικά σε υπάρχουσες διεργασίες που ήδη επεξεργάζονται το νερό των ωκεανών ή έρχονται σε επαφή με το νερό των ωκεανών», υπογραμμίζει ο Varanasi. Εκεί, η απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα θα μπορούσε να είναι μια απλή προσθήκη σε υπάρχουσες διεργασίες, οι οποίες ήδη επιστρέφουν τεράστιες ποσότητες νερού στη θάλασσα και δεν θα απαιτούσαν αναλώσιμα όπως χημικά πρόσθετα ή μεμβράνες. «Με τις μονάδες αφαλάτωσης, αντλείτε ήδη όλο το νερό, οπότε γιατί να μην εγκατασταθείτε εκεί;» λέει ο Βαρανάσι. «Ένα μεγάλο κεφαλαιουχικό κόστος που σχετίζεται με τον τρόπο που μετακινείτε το νερό και την άδεια, όλα αυτά που θα μπορούσαν ήδη να ληφθούν υπόψη».
Το σύστημα θα μπορούσε επίσης να εφαρμοστεί από πλοία που θα επεξεργάζονται νερό καθώς ταξιδεύουν, προκειμένου να μετριαστεί η σημαντική συμβολή της κυκλοφορίας των πλοίων στις συνολικές εκπομπές. Υπάρχουν ήδη διεθνείς εντολές για μείωση των εκπομπών της ναυτιλίας και «αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει τις ναυτιλιακές εταιρείες να αντισταθμίσουν ορισμένες από τις εκπομπές τους και να μετατρέψουν τα πλοία σε πλυντήρια ωκεανών». Το σύστημα θα μπορούσε επίσης να εφαρμοστεί σε τοποθεσίες όπως υπεράκτιες πλατφόρμες γεώτρησης ή σε φάρμες υδατοκαλλιέργειας. Τελικά, θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη ανεξάρτητων μονάδων αφαίρεσης άνθρακα που θα διανέμονται παγκοσμίως.
