Ar žiedinė bioekonomika išgelbės mus?

JT klimato kaitos konferencijoje (COP26) Glazge daug kalbėta apie žemės ūkį, miškininkystę ir tinkamą žemės naudojimą. Šie sektoriai turi didžiulį potencialą sugerti anglies dioksidą ir leisti žmonijai pasiekti neigiamą emisijų lygį. Viena iš iniciatyvų dėl kurių buvo sutarta – pasaulinis įsipareigojimas mažinti išmetamą metano kiekį. Šis mažinimo tikslas atspindi neariminį žemės ūkį t. y. javų auginimą nepažeidžiant dirvos, toks pakeitimas yra pajėgus kasmet į žemę sugrąžinti porą gigatonų anglies. Miškų atsodinimo iniciatyvos taip pat leidžia absorbuoti anglies dvideginį. Šie procesai galiausiai sumažina anglies kiekį atmosferoje, nes jis yra sulaikomas prieš grąžinant jį į atmosferą.

Geriausias būdas anglies dioksidą paversti chemine žaliava yra fotosintezė. Kiekvienais metais Žemė fotosintezės būdu pagamina 300 gigatonų sausos biomasės. Iš jų apie 25 gigatonas – žemės ūkis auginant maistui skirtą produkciją, tačiau mažiau nei 5 gigatonos iš tikrųjų yra maistas; likusi dalis yra žemės ūkio atliekos: stiebai, lukštai ir lapai. Dalis jų naudojama ūkyje, tačiau didžioji dalis paliekama supūti laukuose arba uždengti dirvai per žiemą, o kartais tiesiogiai sudeginama. Visų šių procesų metu yra išmetamas anglies dioksidas.

Amerikietiškoje prerijoje, kurioje naudojamas beariminis žemės būdas, 1 hektaras žemės vidutiniškai užaugina 4 tonas javų, o šiaudų turime – 9 tonas. Lauko anglies dvideginio biudžetas yra 30 tonų vienam hektarui per metus: 10 tonųper augalų ir dirvožemio kvėpavimą (angliavandeniai skatina medžiagų apykaitos procesus), o 20 tonų pavirsta į angliavandenius (6 – maiste ir 14 – žemės ūkio atliekose). Iš atliekose esančio fiksuoto anglies dioksido 2 tonos grąžinamos į dirvožemį, o 12 tonų šiuo metu grąžinama į atmosferą.

Jei surinktume tik 20 % viso pasaulio žemės ūkio atliekų, gautume 4 gigatonas biomasės angliavandenių – daugiau nei visos naftos chemijos pramonės žaliavos poreikiai. Tereikia tą biomasės žaliavą paversti C1–C4 ir C6 žaliavomis (kurių C efektyvumas 33 %). Tada galėtume pereiti prie Fischer-Tropsch proceso ir katalizinio krekingo, kad gautume visus reikalingus cheminius produktus. Visa chemijos pramonė galėtų būti neutrali anglies dioksido atžvilgiu. Kiekviena organinė cheminė medžiaga, patekusi į aplinką, gali būti pagaminta iš anglies dioksido, o kai ji būtų galiausiai suskaidoma atgal į anglies dioksidą, ji nebūtų nieko pridėjusi prie esančio kiekio, nes atkeliavo iš šio kiekio.

Taigi ką mes turime daryti? Akivaizdu, kad reikia vystyti daug biochemijos ir fermentacijos technologijų – celiuliozė ir ligninas nėra lengviausiai fermentuojami dalykai. Viena iš problemų gaminant specialias chemines medžiagas iš biologinių žaliavų yra žaliavų įvairovė. Pavertus žaliavas trumpos grandinės angliavandeniliais, išspręstume šias biologinio perdirbimo problemas.

Kai gaminame metanolį, etanolį, propanolį ir butanolį fermentacijos būdu, yra keletas būdų, kaip pagaminti mums reikalingas chemines medžiagas. Dehidratacija iki eteno, propeno ir buteno yra įprasta chemija, kuri jau vykdoma didelėse chemijos gamyklose ir dėl to atsiranda molekulinė įvairovė. Tačiau mums taip pat reikia sukurti naujus sintetinius metodus, kad būtų galima sukurti didelius ir sudėtingus junginius tiesiogiai iš alkoholių, ir panaudoti molekulinio modeliavimo galią, kuri padėtų mums kurti šiuos procesus ir molekules, o ne eiti tradiciniais pataikymų ir nesėkmių keliais.

Niekas netrukdo mums visa tai daryti dabar. Yra biologinio rafinavimo vadovėliai, fermentacijos technologijos yra bakalauro studijų programos dalis, o alkoholių dehidratacija iki alkenų yra nagrinėjama vidurinėje mokykloje. Bet kada mes turėtume tai daryti? Būvio ciklo vertinimas (toliau – BCV) gali mums atsakyti, kada prasminga naudoti energiją biomasei paversti naftos chemijos žaliava, o ne naudoti įprastas iškastines žaliavas. Turime vengti išmesti daugiau anglies dioksido konvertuojant biomasę nei toliau naudojant iškastines žaliavas. Atliekant šią analizę reikia atsižvelgti į visą sistemą, kad būtų išvengta nenumatytų pasekmių ir žalingo poveikio aplinkai (išskyrus anglies išmetimą) – pernelyg lengva priimti sprendimą dėl sistemos dalies, o tada suprasti, kad tai nebuvo labai gera idėja mūsų ateičiai. Todėl BCV ir visos sistemos analizė turi būti pagrindinė tyrimo dalis, o žinojimas, kaip atlikti BCV, turi tapti neatsiejama gyvybės mokslų atstovo išsilavinimo dalimi.

Trumpos grandinės cheminės medžiagos šiuo metu yra mūsų iškastinio kuro energijos sistemos šalutinis produktas. Norint naudoti biomasę kaip anglies šaltinį trumpa grandine paremtoje chemijos pramonėje, svarbiausia yra mūsų energijos sistemos defosilizacija. BCV mums pasakys, kada yra adekvatu atlikti pakeitimą – kai šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisija, kurią sukelia biomasės pavertimas cheminėmis medžiagomis, yra mažesnis nei iškastinio ekvivalento emisija. Turime protingai integruoti energiją – kuo mažesnis bendras energijos poreikis, tuo greičiau ir lengviau bus defosilizuoti procesą. Pramonės simbiozė bus svarbi, pavyzdžiui, žemos kokybės atliekinė šiluma ir daug anglies dvideginio turinčios išmetamosios dujos gali būti nukreiptos į daržoves auginančius politunelius, taip padidinant derlių ir sumažinant energijos suvartojimą, ypač šaltesniais mėnesiais.

Mums reikia fizikų ir chemikų, kurie dirbtų su energijos pritaikymu (vien ko verta stiklo pramonė), energijos surinkimu (fotoelektra) ir energijos kaupimu (baterijomis), kad būtų užtikrintas pats geriausias elektrifikavimas. Mums taip pat reikia radiochemikų, kurie įsitrauktų į naujos kartos mažų modulinių reaktorių, tiekiančių švarią branduolinę energiją vystymą. Tik naudojant šias technologijas, sunkioji chemijos pramonė – chloro ir šarmų procesas, Haber–Bosch procesas ir metalų rafinavimas – gali pereiti prie atsinaujinančios energijos naudojimo. Kelias į atsinaujinančią šilumą ir defosilizuotas chemines medžiagas yra žalias vandenilis, todėl mums taip pat reikia neorganinių chemikų, kurie dirbtų su katalizatorių kūrimu, polimerų chemikų, kurie dirbtų su membranomis, ir elektrochemikų, kurie dirbtų su vandens skaidymu, nesvarbu, ar tai būtų patobulintos hidrolizės technologijos, kuriose naudojamos atsinaujinančios energijos šaltiniai. Prieš kurdami sudėtingas chemines medžiagas, kurios galbūt bus naudojamos praktikoje, turime būti atsargūs ir įvertinti masto didinimo ir poveikio potencialą.

Tik tada, kai turėsime atsinaujinančią elektros energiją ir atsinaujinančią šilumą, bus visiškai prasminga gaminti visas medžiagas iš šiandieninio anglies šaltinio, o ne prieš milijonus metų nusodintos anglies. Geologija padarė darbą konvertuodama ir koncentruodama tą anglį per milijonus metų ir leido vystytis mūsų pramonei. Dabar mums reikia atsinaujinančios elektros energijos ir vandenilio, kad galėtume atlikti pokytį realiuoju laiku.

COP26 ir jo pažadai remiasi daugybe „viskas bus gerai“ technologijų, kurios dar nebuvo išrastos arba neveikia dideliu mastu. Bioenergijos anglies surinkimas ir saugojimas  yra svajonė tiems, kurie nesupranta dujų savybių. Anglies surinkimas iš oro, panaudojimas ir saugojimas yra panaši pasaka. CO2 ore yra pernelyg praskiestas, kad būtų prasminga jį rinkti ir kaip gali būti gera idėja pagaminti 10 ekvivalentų anglies dioksido, kad būtų pagaminta medžiaga, kuri surinks vos 0,1 ekvivalento anglies dioksido? O kur yra BCV, kurioje teigiama, kad tiesioginis cheminis CO2 surinkimas iš oro yra efektyvesnis nei fotosintezė gaminant chemines žaliavas? 

Paruošta pagal:

Anthony J. Ryan ir  Rachael H. Rothman „Engineering chemistry to meet COP26 targets“

Parašykite komentarą

Įveskite savo duomenis žemiau arba prisijunkite per socialinį tinklą:

WordPress.com Logo

Jūs komentuojate naudodamiesi savo WordPress.com paskyra. Atsijungti /  Pakeisti )

Google photo

Jūs komentuojate naudodamiesi savo Google paskyra. Atsijungti /  Pakeisti )

Twitter picture

Jūs komentuojate naudodamiesi savo Twitter paskyra. Atsijungti /  Pakeisti )

Facebook photo

Jūs komentuojate naudodamiesi savo Facebook paskyra. Atsijungti /  Pakeisti )

Connecting to %s

Blogą talpina WordPress.com. | Sukūrė: Anders Noren

Aukštyn ↑

%d bloggers like this: