Τα απόβλητα τροφίμων μπορούν να γίνουν ένα ισχυρό εργαλείο για το κλίμα χάρη σε μικροσκοπικές επαναχρησιμοποιήσιμες χάντρες που δεσμεύουν άνθρακα απευθείας από τον αέρα.
Ανάγκη για μείωση των εκπομπών
Η διατήρηση της υπερθέρμανσης του πλανήτη κάτω από τους 1,5°C μακροπρόθεσμα θα απαιτήσει περισσότερα από σημαντικές μειώσεις στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. Σύμφωνα με τα κλιματικά σενάρια που περιγράφονται στην τελευταία Έκθεση Αξιολόγησης της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC), ο κόσμος θα χρειαστεί επίσης τεχνολογίες ικανές να απομακρύνουν και να αποθηκεύσουν εκατοντάδες δισεκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα (CO2) που ήδη βρίσκονται στην ατμόσφαιρα.
Μια προσέγγιση που λαμβάνει αυξανόμενη προσοχή είναι η «άμεση δέσμευση αέρα» (DAC), μια τεχνολογία που απομακρύνει το CO2 απευθείας από τον αέρα. Ερευνητές και νεοσύστατες επιχειρήσεις έχουν αφιερώσει χρόνια προσπαθώντας να βελτιώσουν τα συστήματα DAC. Μία από τις πρώτες εμπορικές εταιρείες στον τομέα είναι η Climeworks, μια θυγατρική εταιρεία του ETH Zurich που ιδρύθηκε το 2009. Παρά την πρόοδο, η άμεση δέσμευση αέρα παραμένει δαπανηρή και απαιτεί σημαντικές ποσότητες ενέργειας.
Τα απόβλητα τροφίμων μετατρέπονται σε υλικό δέσμευσης άνθρακα
Οι ερευνητές στο ETH Zurich έχουν πλέον αναπτύξει μια νέα προσέγγιση DAC που θα μπορούσε να κάνει τη διαδικασία πιο αποτελεσματική και βιώσιμη. Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό PNAS, μια ομάδα με επικεφαλής τον επιστήμονα υλικών Raffaele Mezzenga χρησιμοποίησε απόβλητα από την παραγωγή γαλακτοκομικών προϊόντων και τόφου για να δεσμεύσει CO2.
Μεγάλες ποσότητες υγρού πλούσιου σε πρωτεΐνες παράγονται κατά την παραγωγή γαλακτοκομικών προϊόντων και τόφου. Μόνο ένα μικρό μέρος επαναχρησιμοποιείται στην παραγωγή τροφίμων, ενώ μεγάλο μέρος του υπολοίπου απορρίπτεται. Οι ερευνητές εξήγαγαν πρωτεΐνες από αυτό το ρεύμα αποβλήτων και τις συναρμολόγησαν σε μακριές, νηματώδεις δομές που ονομάζονται αμυλοειδή ινίδια. Αυτά τα ινίδια στη συνέχεια συνδυάστηκαν με υδροξείδιο του καλίου και σχηματίστηκαν σε πορώδη σφαιρίδια διαμέτρου περίπου μισού εκατοστού έως ενός εκατοστού.
Το υλικό που προκύπτει είναι σαν σφουγγάρι που μπορεί να απορροφήσει μεγάλες ποσότητες CO2 μέσω του υδροξειδίου του καλίου», εξηγεί ο Mezzenga.
Όταν εκτίθεται στον αέρα, το υδροξείδιο του καλίου μέσα στα σφαιρίδια αντιδρά με το CO2 και το μετατρέπει σε όξινο ανθρακικό, ένα άλας του ανθρακικού οξέος. Αυτή η αντίδραση απομακρύνει το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα.
«Στις δοκιμές μας με ατμοσφαιρικό αέρα, καταφέραμε να εξαγάγουμε 97 χιλιοστόγραμμα CO2 με ένα γραμμάριο υλικού», εξηγεί ο Zhou Dong, μεταδιδακτορικός ερευνητής στην ομάδα του Mezzenga και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Σύμφωνα με τον Dong, αυτή η απόδοση είναι εξαιρετικά ισχυρή, ξεπερνώντας την ικανότητα των συμβατικών τεχνολογιών DAC κατά 10 έως 50 τοις εκατό. Με βάση τους υπολογισμούς της ομάδας, ένα κιλό πρωτεϊνικών σφαιριδίων θα μπορούσε θεωρητικά να δεσμεύσει και να απομονώσει 100 γραμμάρια CO2 κατά τη διάρκεια ενός μόνο κύκλου λειτουργίας.
Αφαίρεση άνθρακα χαμηλότερης ενέργειας
Τα περισσότερα υπάρχοντα συστήματα άμεσης δέσμευσης αέρα βασίζονται στη θερμότητα και την αρνητική πίεση για να απελευθερώσουν το δεσμευμένο διοξείδιο του άνθρακα από το απορροφητικό υλικό. Το ανακτημένο CO2 μπορεί στη συνέχεια να αποθηκευτεί ή να μετατραπεί σε άλλα προϊόντα, επιτρέποντάς του να απομακρυνθεί από την ατμόσφαιρα μακροπρόθεσμα. Ωστόσο, η παραγωγή της απαραίτητης θερμότητας απαιτεί σημαντική ενέργεια, καθιστώντας το DAC οικονομικά και περιβαλλοντικά βιώσιμο, κυρίως σε μέρη με άφθονη ανανεώσιμη ενέργεια.
Η ομάδα του ETH Zurich ανέπτυξε μια διαφορετική λύση. Για να απελευθερώσουν το δεσμευμένο διοξείδιο του άνθρακα, τα πρωτεϊνικά σφαιρίδια ψεκάζονται εναλλάξ με ένα ήπιο οξύ και μια ήπια βάση για περίπου 10 λεπτά σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτή η διαδικασία διασπά τους χημικούς δεσμούς που συγκρατούν το CO2, επιτρέποντάς του να συλλεχθεί.
Οι όξινες, βάσεις και πρωτεϊνικές χάντρες μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν στη συνέχεια.
«Τα συνθετικά υλικά που χρησιμοποιούνται σήμερα για τη δέσμευση του CO2 αποσυντίθενται γρήγορα», λέει ο Dong. «Αντίθετα, οι πρωτεϊνικές χάντρες μας παραμένουν σταθερές για μεγάλο χρονικό διάστημα».
Εργαστηριακές δοκιμές έδειξαν ότι οι χάντρες διατήρησαν την απόδοσή τους κατά τη διάρκεια 30 κύκλων δέσμευσης και απελευθέρωσης άνθρακα χωρίς σημαντική μείωση της απόδοσης.
Σχεδιασμένο για μια Κυκλική Οικονομία
Παρόλο που η Mezzenga αναμένει ότι, καθώς η ικανότητα προσρόφησης μειώνεται σταδιακά, οι χρησιμοποιημένες χάντρες θα μπορούσαν να εξυπηρετήσουν έναν άλλο σκοπό.
Οι ερευνητές λένε ότι οι πρωτεϊνικές χάντρες θα μπορούσαν να εφαρμοστούν ως γεωργικό λίπασμα ή να μετατραπούν σε βιοκαύσιμο μετά το τέλος της ζωής δέσμευσης άνθρακα. Επειδή το υλικό είναι εξ ολοκλήρου οργανικό και βιοδιασπώμενο, θα μπορούσε να ενταχθεί φυσικά σε ένα μοντέλο κυκλικής οικονομίας.
«Τα υλικά που χρησιμοποιούμε για αυτήν τη διαδικασία είναι μη τοξικά και είναι κατάλληλα για τρόφιμα», επισημαίνει η Mezzenga.
Η ομάδα διεξήγαγε επίσης ανάλυση κύκλου ζωής και διαπίστωσε ότι η νέα μέθοδος δημιουργεί λιγότερη περιβαλλοντική ρύπανση καθ' όλη τη διάρκεια ζωής της από τις υπάρχουσες προσεγγίσεις DAC.
Μπορεί η τεχνολογία να επεκταθεί;
Θα χρειαστεί περισσότερη έρευνα για να προσδιοριστεί εάν η τεχνολογία μπορεί να λειτουργήσει αποτελεσματικά σε βιομηχανική κλίμακα και εάν η υψηλή απόδοση δέσμευσης CO2 μπορεί να διατηρηθεί σε μεγαλύτερα συστήματα.
Για την τρέχουσα μελέτη, οι ερευνητές δοκίμασαν μόνο λίγα γραμμάρια του υλικού σε ελεγχόμενο εργαστηριακό περιβάλλον, δεσμεύοντας και απομονώνοντας περίπου 50 γραμμάρια CO2.
Ο Mezzenga παραμένει αισιόδοξος. Έχει εργαστεί με ινίδια αμυλοειδούς για σχεδόν δύο δεκαετίες και τα έχει χρησιμοποιήσει στο παρελθόν για να να δημιουργήσουν εναλλακτικές λύσεις για βιοδιασπώμενα πλαστικά και τεχνολογίες καθαρισμού νερού.
«Είμαστε βέβαιοι ότι η τεχνολογία είναι κλιμακώσιμη», λέει.
Σημειώνει ότι το σύστημα ψεκασμού που χρησιμοποιείται για την απελευθέρωση CO2 είναι συμβατό με τεχνικές που χρησιμοποιούνται ήδη σε βιομηχανικές διεργασίες. Οι επόμενες ερευνητικές προσπάθειες του Dong θα επικεντρωθούν στην αξιολόγηση της εφαρμογής σε μεγάλη κλίμακα.
ν και η ομάδα δεν έχει ακόμη υπολογίσει το ακριβές κόστος αφαίρεσης ενός τόνου CO2 με το νέο σύστημα, ο Mezzenga αναμένει ότι θα είναι σημαντικά λιγότερο ακριβό από τις συμβατικές μεθόδους άμεσης δέσμευσης αέρα.
«Η τεχνολογία μας είναι φθηνότερη και πιο βιώσιμη επειδή απαιτεί λίγη ενέργεια και βασίζεται σε ένα ευρέως διαθέσιμο απόβλητο προϊόν», λέει. «Αυτό θα μπορούσε να αλλάξει τα δεδομένα για το μέλλον της αφαίρεσης CO2 από τον αέρα».
www.worldenergynews.gr
