CO2 -mangel:Hvorfor et kemisk problem kan betyde flere tomme hylder

Hvad miljøet angår, kuldioxid er sandsynligvis offentlig fjende nummer et. Dette gør det endnu mere ironisk, at Storbritannien i øjeblikket lider af mangel på gas, som eksperter advarer om vil påvirke en række forskellige industrier, især mad og drikke.

I den rigtige indstilling, CO₂ er en yderst nyttig gas. Når det tilføjes til drikkevarer, giver det dem deres fizz. Fæld det i højtryksbobler i slik, og du får poppende slik. Komprimer den i en cylinder, og du har en brandslukker. Frys det, og du producerer tøris, der bruges til at holde medicinske materialer (herunder COVID -vacciner) afkølet under transport.

De mikrobielle organismer, der får mad til at gå til grunde, har brug for ilt for at overleve, så emballering af salatblade med CO₂, ikke ilt, holder dem friske. I mellemtiden, i kødindustrien, høje koncentrationer af gassen bruges til at erstatte ilt i luften, dyrene ånder, gør dem bevidstløse, før de slagtes.

I betragtning af vores behov for CO₂ på et område, og overskuddet af det i en anden, det oplagte spørgsmål er:hvorfor trækker vi ikke bare kuldioxid ud af luften? Det enkle svar er, at trods dens skadelige virkning, der er relativt lidt kuldioxid i luften. Selvom vi har 50% mere af det i vores luft end før den industrielle revolution, CO₂ udgør stadig kun 0,04% af luftindholdet.

Dette gør CO₂ ekstremt svært at "finde" og derefter fjerne fra luften. Der foregår masser af arbejde med at fange gassen fra luften, med henblik på at modvirke CO₂ -emissioner, men i øjeblikket er dette ikke en levedygtig kilde til gas til industrien.

I stedet, den vigtigste kilde til CO₂ til industriel anvendelse er fra produktionen af ​​nitrogenbaseret gødning, som producerer CO₂ som et biprodukt. Og med produktionen af ​​gødning i venteposition i Storbritannien på grund af den voldsomme gaspris, som bruges stærkt i gødningsplanter, knock-on effekten er mangel på CO₂. Så for at forklare den nuværende CO₂ -mangel, vi skal virkelig se på, hvordan nitrogenbaseret gødning fremstilles.

Indfangning af nitrogen

Kvælstof spiller en kritisk rolle i biokemien for alle levende ting. Det er også den mest almindelige gas i vores atmosfære. Men nitrogengas er stort set inaktiv, hvilket betyder, at planter og dyr ikke kan udtrække det fra luften. Følgelig, en stor begrænsende faktor i landbruget har altid været tilgængeligheden af ​​nitrogen.

I 1910, de tyske kemikere Fritz Haber og Carl Bosch ændrede alt dette, da de kombinerede nitrogen og brint til ammoniak. Dette kan igen bruges som gødning til afgrøder, til sidst filtrerer fødekæden op til os.

I dag, omkring 80% af kvælstoffet i vores kroppe kommer fra Haber-Bosch-processen, hvilket gør denne enkelt kemiske reaktion sandsynligvis den vigtigste faktor i befolkningseksplosionen i de sidste 100 år.

Omkring 78% af vores atmosfære er nitrogen, så det er let at finde denne ingrediens til Haber-Bosch-processen. Men den anden komponent, hydrogengas, er ikke så let tilgængelig. Der er masser af brint omkring, tydeligst som H i H20 og CH2 (metan), men at bryde bindingerne mellem brint og ilt i vand eller kulstof i metan kræver en enorm mængde energi.

Den vigtigste måde, den produceres på i øjeblikket, er ved en proces kendt som metandampreformering. Dette fungerer ved at starte med naturgas - som er ved at blive langt dyrere i Storbritannien - og derefter opvarme den til omkring 1, 000 ℃ i nærvær af vand. Slutprodukterne er hydrogengas (H₂) og CO₂.

Disse er adskilt for deres respektive anvendelser. Desværre, mængden af ​​CO₂, der produceres af gødningsindustrien, overstiger langt den mængde, som andre industrier har brug for. Så de fleste gødningsplanter gider ikke fange det.

De fossile brændstoffer, der bruges til gødningsproduktion og CO₂, det skaber som et biprodukt, gør det særligt uvenligt for miljøet. Derfor er en stor del af dekarboniseringsdagsordenen at producere brint rent til brug i gødning og brændstof. En af de enkleste måder at opnå dette er via elektrolyse af vand, ved hjælp af rene strømkilder.

I mellemtiden, efterhånden som kulstofopsamlingsteknologier udvikler sig, vi kan se kuldioxid ekstraheret direkte fra luften til brug i industrielle processer. Men det er en langsigtet løsning, og det hjælper ikke snart.

Men der er alternativer til CO₂, der kan hjælpe i en knivspids. Det mest oplagte er nitrogengas, som kan bruges på samme måde som CO₂ til konservering af mad eller bedøvelse af dyr. Ligeledes, fordi intet brænder i nitrogen, den kan bruges til at slukke brande - ligesom CO₂ ildslukkere.

Den britiske regering har ført krisesamtaler med den amerikanske ejer af to af Storbritanniens største nitrogengødningsanlæg, begge i øjeblikket inaktive. Måske vil overtalelse få dem til at fyre tilbage til livet. Men CO₂ -manglen har ikke desto mindre afsløret de komplekse kemiske forsyningskæder, som vi stoler på for vores sodavand og emballerede salater.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.