Vai CO₂ bioekonomika rada vērtību no oglekļa dioksīda? Zinātnieki no Šefīldas Universitātes skaidro dažādus šī jautājuma aspektus; tos apkopojām šajā materiālā.

Cilvēka “attiecības” ar oglekļa dioksīdu

Oglekļa dioksīds bieži tiek attēlots kā klimata pārmaiņu “galvenais ļaundaris”. Nepilnu 200 gadu laikā CO₂ daudzums atmosfērā pieaudzis par 50% (datu avots: Nacionālā okeānu un atmosfēras pārvalde), kas ir spilgts atgādinājums par oglekļa dioksīda nozīmi globālajā sasilšanā.

Zinātnieki ir saistījuši oglekļa dioksīda daudzumau palielinājumu pēdējo 66 miljonu gadu laikā ar siltumnīcas efektu (avots: Annual Review of Earth and Planetary Sciences). Papildus zinātniskajiem ziņojumiem arī paši esam piedzīvojuši karstuma viļņus, kas daudzviet vasaras svelmi padarīja neciešamu; esam bijuši liecinieki temperatūras rekordiem Apvienotajā Karalistē, kur 2022. gada 19. jūlijā tika reģistrēta līdz šim augstākā gaisa temperatūra – +40,3 °C. Vai klimata pārmaiņās varam vainot oglekļa dioksīdu?

Siltumnīcas efektu izraisošās gāzes “notver” saules izstaroto Zemes siltumu atmosfērā, neļaujot tam aizplūst kosmosā. Oglekļa dioksīds ir tikai viena no Kioto protokolā uzskaitītajām siltumnīcefekta gāzēm (CO₂, CH₄, N₂O un fluoru saturošās gāzes). Lai gan tās “sasilšanas potenciāls” ir mazāks nekā, piemēram, metānam, tas mūsu atmosfērā saglabājas līdz pat 1000 gadu un veido nosacītu trešdaļu no kopējās Zemes sasilšanas.

Mūsu atkarība no fosilā kurināmā ir būtisks pašreizējo klimata problēmu cēlonis. Fosilais kurināmais ir veicinājis industriālo revolūciju, stimulējot arī sabiedrības attīstību. Akmeņogles, nafta un dabasgāze joprojām ir galvenie resursi pasaules energosistēmā un būtiski veicina oglekļa dioksīda emisijas.

Emisijas ir nesaraujami saistītas ar ekonomisko izaugsmi, secināts, ka bagātākās attīstītās valstis vēsturiski emitē vairāk oglekļa dioksīda, pienācis laiks tām savu ekonomisko izaugsmi sākt “atsaistīt” no emisijām (ekonomisko izaugsmi padarīt neatkarīgu no fosilajām izejvielām). Piemēram, Apvienotās Karalistes IKP pēdējo 30 gadu laikā ir palielinājies, savukārt, kopējās emisijas samazinājušās (avots: Our World in Data).

Oglekļa dioksīds ir aizēnojis tā citu neatņemamu nozīmi mūsu planētas dzīvē. CO₂ un pārējās siltumnīcefekta gāzes, aizturot saules siltumu, uztur siltu klimatu uz Zemes, kas ir piemērots dzīvošanai dažādām dzīvības formām, arī cilvēkiem. Ogleklis ir “dzīvības mugurkauls “, kas veido arī aptuveni 18% no cilvēka ķermeņa masas. Oglekļa aprites ciklā tas tiek pārvietots starp dažādām krātuvēm.Piemēram, augi no oglekļa dioksīda “ražo” pārtiku, ko patērē cilvēki un dzīvnieki, tā nododot oglekli mums. Oglekļa dioksīdam ir ne tikai nozīme dabā, tas daudzos veidos ir lietojams komerciāli, piemēram, bezalkoholisko dzērienu, alus un vīna ražošanā, kā inertu pārklājumu pārtikas produktu uzglabāšanai un kā dzesējošu vielu ātrai sasaldēšanai.

CO₂ ir izejviela metanola un urīnvielas ražošanai. Iesūknēts naftas urbumos, tas var uzlabot naftas ieguvi. Mazāk zināmi ir citi izmantošanas veidi, piemēram, kofeīna daudzuma samazināšanas procesā kafijai un ķirurģiskās procedūrās, teiksim, laparoskopijā. (Laparoskopiskā tehnika novērš nepieciešamību pēc lieliem iegriezumiem. Tā vietā ķirurgs var redzēt orgānus no ķermeņa iekšpuses, izmantojot laparoskopu – plānu instrumentu, kas līdzinās teleskopam. Pēc oglekļa dioksīda ievadīšanas vēdera dobumā, laparoskops tiek ievadīts pacienta ķermenī caur nelielu mēģeni (trokāru), ar kuras palīdzību tiek veikta iekšējo audu punkcija).

Inovācijas cīņā pret klimata pārmaiņām

Pētniecība un inovācijas ir ļoti svarīgas cīņā pret klimata pārmaiņām. Fosilā kurināmā aizstāšana ar citiem enerģijas avotiem bieži vien ir galvenā nepieciešamā pārmaiņa, lai samazinātu emisijas. Galvenās alternatīvas ir saules, kodolenerģija, vēja enerģija un biomasa. Alternatīvie enerģijas avoti ir “tīrāki”, salīdzinot ar fosilo kurināmo, to emisijas ir vai nu ļoti zemas, vai to vispār nav. Saules, vēja un biomasas enerģija arī ir atjaunojamā enerģija, kas nozīmē, ka tās krājumi var būt “neierobežoti” salīdzinājumā ar 57 gadu naftas rezervēm (avots: Our World in Data).

Lai nepieļautu globālās temperatūras paaugstināšanos virs 1,5 °C, Apvienotās Karalistes mērķis ir samazināt emisijas par 78% līdz 2035. gadam, salīdzinot ar 1990. gada līmeni. Daudzu valstu valdības ir izvirzījušas līdzīgus mērķus. Skaidrs, ka tos sasniegt var vien tad, ja tiks nostiprināta un ikdienā ieviesta “tīras” enerģijas stratēģija ar nopietnu, teicami izstrādātu un sabalansētu plānu oglekļa dioksīda “aizvākšanai” no Zemes atmosfēras.

Oglekļa dioksīdu izmanto augi. Iepriekšminētais uzdevums ir izpildāms, atjaunojot mežus, piesaistot oglekli augsnē un okeānā tieši no gaisa un mineralizējot oglekli cietos karbonātos. Lielākā daļa tehnoloģiju, ar kurām plānots sasniegt augšminēto, ir to attīstības vai ieviešanas sākumposmā. Galvenais šķērslis joprojām ir to ļoti augstās izmaksas, kas liek kritiski vērtēt to ekonomisko ilgtspēju.

Inovācijas, kas oglekļa dioksīdu pārvērš produktos, piesaista valstu valdību un investoru uzmanību. Šīs tehnoloģijas “rada CO₂ ekonomiku”, kas pārvērš oglekļa dioksīdu finasiāli izdevīgā ieguldījumā. Oglekļa dioksīda “aizvākšana” kļūst ekonomiski dzīvotspējīga. Galvenās produktu kategorijas ir degviela, ķīmiskās vielas un celtniecības materiāli.

Oglekļa dioksīda aktīvi

Galvenā priekšrocība, izmantojot CO₂ kā izejvielu ražošanā, ir tā pieejamība un “pārpilnība”. Gadā uz Zemes “tiek saražoti” aptuveni 33 miljardi tonnu antropogēnā CO₂ (tas atbilst 9 miljardiem tonnu oglekļa), salīdzinot ar aptuveni 4,5 miljardiem tonnu jēlnaftas un dabasgāzes. Augi un aļģes ir bioloģiski “aģenti”, kas “patērē” CO₂. Mazāk zināmas ir baktērijas, kas barojas no oglekļa dioksīda. Tās ir dzīvi organismi, kurus dēvē arī par autotrofām baktērijām, kas uztver CO₂ un izmanto to, lai augtu un sintezētu sarežģītus organiskus produktus. Baktēriju spēja dažu stundu laikā dubultot savu masu dod tām zināmas priekšrocības, salīdzinot ar augiem vai aļģēm.

Šefīldas Universitātē tiek izmantotas autotrofo baktēriju dabiskās spējas un uzlabota to veiktspēja, izmantojot sintētisko bioloģiju, uzlabojot oglekļa dioksīda izmantošanu un paplašinot no tā iegūstamo produktu klāstu.

Vienā no šādiem projektiem tiek pētīta gaisā esošā oglekļa dioksīda pārveidošana ilgtspējīgos, bioloģiski noārdāmos polimēros, kas var aizstāt fosilo plastmasu. Tas rada jaunas ilgtspējīgas iespējas vairākās jomās: oglekļa dioksīda “aizvākšana” (savākšana), atteikšanās no fosilā kurināmā izmantošanas, kā arī iespēju ikdienā lietot bioloģiski noārdāmo polimēru produktus, sekmīgi risinot plastmasas piesārņojuma problēmu.

Zinātnieku vīzija ir izmantot autotrofās baktērijas kā miniatūras šūnu fabrikas un oglekļa dioksīdu kā izejvielu, lai ražotu ķimikālijas, biopolimērus un proteīnus plašākam patēriņam.

Ņemot vērā klimata problēmu mērogu un steidzamas rīcības nepieciešamību, noteikti jāizmanto dažādas tehnoloģijas, turklāt, tas jādara kompleksi, tāpēc ir ļoti svarīgi turpināt investēt CO₂ “aizvākšanas tehnoloģiju” izstrādē. Pētniecība un izstrāde, finansējums, valdību un uzņēmumu apņemšanās, kā arī saprotama informācija, ir būtiski svarīgi faktori sabiedrībai, lai agrīnā stadijā esošas idejas kļūtu par reāliem nākotnes risinājumiem.