Η απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα θεωρείται πλέον απαραίτητη για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής, όμως οι περισσότερες υπάρχουσες τεχνολογίες παραμένουν ενεργοβόρες και ακριβές.
Ερευνητές του ETH Zurich παρουσίασαν τώρα μια εναλλακτική προσέγγιση που αξιοποιεί ένα εντελώς απρόσμενο υλικό, τα υπολείμματα της παραγωγής τυριού και τόφου.
Η νέα τεχνολογία, που δημοσιεύθηκε στο PNAS βασίζεται σε βιοδιασπώμενες πορώδεις ‘χάντρες’ πρωτεΐνης οι οποίες μπορούν να δεσμεύουν διοξείδιο του άνθρακα απευθείας από τον αέρα και να το απελευθερώνουν ξανά χωρίς θέρμανση, με μια απλή διαδικασία σε θερμοκρασία δωματίου.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ
Η ανάγκη για τέτοιες λύσεις γίνεται ολοένα και πιο επιτακτική. Σύμφωνα με τις πιο πρόσφατες εκτιμήσεις της Διακυβερνητικής Επιτροπής του ΟΗΕ για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC), η μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου από μόνη της δεν αρκεί για να περιοριστεί η υπερθέρμανση του πλανήτη κάτω από τον στόχο του 1,5°C. Θα χρειαστούν επίσης τεχνολογίες που θα αφαιρέσουν και θα αποθηκεύσουν εκατοντάδες δισεκατομμύρια τόνους CO₂ που βρίσκονται ήδη στην ατμόσφαιρα.
Μία από τις πιο γνωστές λύσεις είναι η τεχνολογία Direct Air Capture (DAC), η οποία συλλέγει διοξείδιο του άνθρακα απευθείας από τον αέρα. Αν και εταιρείες όπως η ελβετική Climeworks έχουν ήδη αναπτύξει εμπορικά συστήματα, η λειτουργία τους εξακολουθεί να απαιτεί μεγάλες ποσότητες ενέργειας, γεγονός που περιορίζει την εξάπλωσή τους.
Η ομάδα του καθηγητή Raffaele Mezzenga από το Τμήμα Επιστημών Υγείας και Τεχνολογίας του ETH Zurich επέλεξε να ακολουθήσει μια διαφορετική διαδρομή. Αντί να χρησιμοποιήσει συνθετικά υλικά, αξιοποίησε τα πρωτεϊνούχα υγρά που απομένουν μετά την παραγωγή γαλακτοκομικών προϊόντων και τόφου. Παρότι ένα μέρος αυτών των υποπροϊόντων επαναχρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων, μεγάλες ποσότητες καταλήγουν ως απόβλητα.
Οι ερευνητές απομόνωσαν τις πρωτεΐνες από αυτά τα υγρά και τις μετέτρεψαν σε μακριές ινώδεις δομές, γνωστές ως αμυλοειδή ινίδια. Στη συνέχεια συνδύασαν τα ινίδια με υδροξείδιο του καλίου και δημιούργησαν πορώδεις χάντρες διαμέτρου περίπου μισού έως ενός εκατοστού.
Σαν σφουγγάρι
Όπως εξηγεί ο Mezzenga, το τελικό υλικό λειτουργεί σαν σφουγγάρι, καθώς το υδροξείδιο του καλίου που περιέχει αντιδρά με το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας σχηματίζοντας διττανθρακικό άλας, το οποίο δεσμεύει έτσι αποτελεσματικά το CO₂.
Στις εργαστηριακές δοκιμές, ένα μόλις γραμμάριο του νέου υλικού κατάφερε να απορροφήσει 97 χιλιοστόγραμμα διοξειδίου του άνθρακα από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Σύμφωνα με τον Zhou Dong, πρώτο συγγραφέα της μελέτης, η απόδοση αυτή είναι κατά 10% έως 50% υψηλότερη από εκείνη πολλών συμβατικών τεχνολογιών Direct Air Capture. Με βάση τους υπολογισμούς της ομάδας, ένα κιλό από τις πρωτεϊνικές χάντρες θα μπορούσε θεωρητικά να δεσμεύει περίπου 100 γραμμάρια CO₂ σε κάθε κύκλο λειτουργίας.
Εξίσου σημαντικός είναι ο τρόπος με τον οποίο απελευθερώνεται στη συνέχεια το δεσμευμένο διοξείδιο του άνθρακα. Στα σημερινά συστήματα DAC απαιτείται συνήθως υψηλή θερμοκρασία και δημιουργία υποπίεσης ώστε να αποκολληθεί το CO₂ από τα υλικά προσρόφησης, μια διαδικασία με μεγάλο ενεργειακό κόστος.
Η λύση του ETH Zurich αποφεύγει αυτό το στάδιο. Οι ερευνητές ψεκάζουν εναλλάξ τις χάντρες με ένα ήπιο οξύ και μια ήπια βάση για περίπου δέκα λεπτά σε θερμοκρασία δωματίου. Η διαδικασία διασπά τους χημικούς δεσμούς που συγκρατούν το CO₂, επιτρέποντας τη συλλογή του χωρίς την κατανάλωση μεγάλων ποσοτήτων ενέργειας.
Ένα ακόμη πλεονέκτημα είναι η μεγάλη διάρκεια ζωής του υλικού. Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα περισσότερα σημερινά συνθετικά υλικά υποβαθμίζονται σχετικά γρήγορα, ενώ οι νέες πρωτεϊνικές χάντρες παρέμειναν λειτουργικές μετά από 30 συνεχόμενους κύκλους δέσμευσης και απελευθέρωσης διοξειδίου του άνθρακα χωρίς ουσιαστική απώλεια απόδοσης.
Η ομάδα εκτιμά ότι η αντικατάστασή τους θα απαιτείται μόνο έπειτα από αρκετές χιλιάδες κύκλους λειτουργίας. Ακόμη όμως και τότε, οι χάντρες δεν μετατρέπονται σε απόβλητα.
Επειδή αποτελούνται αποκλειστικά από οργανικά υλικά, μπορούν να αξιοποιηθούν ως λίπασμα ή να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή βιοκαυσίμων, ενισχύοντας έτσι τις αρχές της κυκλικής οικονομίας.
Ο Mezzenga υπογραμμίζει επίσης ότι όλα τα υλικά που χρησιμοποιούνται είναι μη τοξικά και κατάλληλα για επαφή με τρόφιμα, ενώ τόσο οι ίδιες οι χάντρες όσο και τα χημικά διαλύματα που χρησιμοποιούνται για την αναγέννησή τους μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν.
Μικρότερη περιβαλλοντική επιβάρυνση
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν ακόμη και ανάλυση κύκλου ζωής της τεχνολογίας, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι προκαλεί μικρότερη συνολική περιβαλλοντική επιβάρυνση σε σύγκριση με τις υπάρχουσες τεχνολογίες άμεσης δέσμευσης διοξειδίου του άνθρακα.
Προς το παρόν, πάντως, η τεχνολογία βρίσκεται σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε ελεγχόμενο εργαστηριακό περιβάλλον, με λίγα μόλις γραμμάρια υλικού, μέσω των οποίων δεσμεύθηκαν περίπου 50 γραμμάρια CO₂. Το επόμενο βήμα είναι να αποδειχθεί ότι η ίδια απόδοση μπορεί να διατηρηθεί και σε βιομηχανική κλίμακα.
Ο Mezzenga εμφανίζεται αισιόδοξος. Μετά από σχεδόν είκοσι χρόνια έρευνας πάνω στα αμυλοειδή ινίδια, τα οποία η ομάδα του έχει ήδη αξιοποιήσει στην ανάπτυξη βιοδιασπώμενων πλαστικών και τεχνολογιών καθαρισμού νερού, θεωρεί ότι η νέα μέθοδος μπορεί να κλιμακωθεί χωρίς ιδιαίτερα εμπόδια. Όπως σημειώνει, το σύστημα ψεκασμού που χρησιμοποιείται για την απελευθέρωση του CO₂ βασίζεται σε βιομηχανικές τεχνικές που εφαρμόζονται ήδη ευρέως.
Παρότι το ακριβές κόστος δέσμευσης ενός τόνου διοξειδίου του άνθρακα δεν έχει ακόμη υπολογιστεί, οι ερευνητές εκτιμούν ότι θα είναι σημαντικά χαμηλότερο από εκείνο των σημερινών συστημάτων Direct Air Capture.
Αν οι μελλοντικές δοκιμές επιβεβαιώσουν τα εργαστηριακά αποτελέσματα, η μετατροπή αποβλήτων της βιομηχανίας τροφίμων σε βιοδιασπώμενα υλικά δέσμευσης άνθρακα θα μπορούσε να αποτελέσει μια οικονομικότερη και πιο βιώσιμη λύση για την αφαίρεση CO₂ από την ατμόσφαιρα.
Πηγή: ETH Zurich
