Pagtugon sa mga Alalahanin sa Carbon Dioxide gamit ang Kamakailang Natuklasang Photocatalytic Materials

Ang kabuuang dami ng pagbuga ng Carbon Dioxide ay ang pinakamabigat na hamon na kinahaharap natin ngayon. Ang mga pagbugang ito ay partikular na lumago at naging banta sa pag-iral sa nakalipas na 75 taon. 

Noong 1950, ang mundo ay nagbuga ng 6 bilyong tonelada ng carbon dioxide. Noong 1990, ito ay umabot na sa 20 bilyong tonelada. At ngayon ay higit sa 35 bilyong tonelada. Ang United States lamang ay nagbuga ng humigit-kumulang 400 bilyong tonelada ng Carbon dioxide mula pa noong 1751, halos isang-kapat ng kabuuang pagbuga hanggang ngayon. Mula pa noong 1751, ang pinagsamang pandaigdigang dami ng pagbuga ng Carbon Dioxide ay umabot na sa 1.5 trilyong tonelada. 

Ang Carbon Dioxide ay maaaring magmula sa maraming pinagmumulan, kabilang ang pagsunog ng fossil fuels, mga kagubatang nagliyab, pagputok ng bulkan, atbp. Ito ay nakasasama dahil ito ay isang gas na humahawak ng init. Ang carbon dioxide at iba pang greenhouse gases ay bumubuo ng kumot o takip upang hulihin ang init na kung hindi ay maaaring i-radiate ng planeta patungo sa kalawakan. 

Ang mas nakababahalang bagay ay ang napakalaking kakayahan ng carbon dioxide na humahawak ng init, at kahit maliit na dami ng carbon dioxide sa atmospera ay maaaring humuli ng napakalaking dami ng init. Ang higit sa 35 bilyong toneladang pagbuga na ating tinalakay ay resulta ng simpleng presensya ng carbon dioxide na umabot sa 0.04% ng atmospera. 

Sa pagpapaliwanag kung gaano ka maliit ang presensya ng carbon dioxide sa atmospera, si Jason Smerdon, isang climate scientist sa Lamont-Doherty Earth Observatory ng Columbia University, ay nagbigay ng sumusunod na paghahambing: 

“Kung ang isang tao na kasinglaki ko ay uminom ng dalawang beer, ang antas ng alkohol sa aking dugo ay magiging humigit-kumulang 0.04 porsyento.” 

Gayunpaman, ipinapaalala niya na kahit maliit na dami ng isang sangkap ay maaaring magdulot ng hindi kanais-nais na mga kahihinatnan na hindi na maayos. Sinasabi niya: 

“Hindi kailangan ng napakaraming cyanide para patayin ang isang tao. Nakasalalay ito sa kung paano nakikipag-ugnayan ang partikular na sangkap na iyon sa mas malaking sistema at kung ano ang ginagawa nito upang impluwensyahan ang sistemang iyon.”

Samakatuwid, ang mga katangian ng carbon dioxide at iba pang greenhouse gases na humahawak ng init ay isang banta na kailangang harapin nang may lubos na kagyat at sinseridad. 

Ang Climate and Clean Air Coalition, isang inisyatiba na pinagsama ng UNEP, ay inamin ang kagyat na pangangailangang ito sa pinaka-malinaw na mga salita. Sinasabi nila: 

“Mababawasan na ang oras natin upang mapanatiling mababa sa 2 degrees Celsius ang pag-init.”

Ayon kay Durwood Zaelke, Chair ng Komite at President ng Institute for Governance and International Development (IGSD):

“Hindi natin kayang lutasin ang mabilis na pag-usbong na problema tulad ng climate change gamit ang mabagal na solusyon. Ang bilis ang bagong sukatan natin—bilis upang bawasan ang SLCPs pagsapit ng 2030, upang makamit ang malinis na enerhiya at net zero emissions pagsapit ng 2050, at upang alisin ang lumalaking bahagi ng carbon dioxide na ating nailabas na.”

Mas pinalawak pa ni Zaelke ang target sa pagsasabi:  

“Ang pagbawas ng SLCPs ay maaaring maiwasan ang 0.6 degrees ng pag-init sa kalagitnaan ng siglo at may napakalaking papel na gagampanan kung nais nating panatilihin ang pag-init sa 1.5 degrees.”

Dito, ang SLCPs ay nangangahulugang short-lived climate pollutants. Addressing carbon dioxide concerns ay pangangailangan ng oras. Ang pagtugon sa napakakilalang kagyat na pangangailangan ay hindi magiging posible kung wala ang mga makabagong solusyon. Sa mga susunod na bahagi, tatalakayin natin ang mga makabagong paraan na kamakailan lamang lumitaw. 

Mga Mananaliksik Ipinapakita ang Paraan upang Gawing Sustainable Fuel ang Carbon Dioxide

Ang isang internasyonal na koponan ng mga mananaliksik, na binubuo ng mga kinatawan mula sa School of Chemistry ng University of Nottingham, University of Birmingham, University of Queensland, at University of Ulm, ay nagdisenyo ng isang materyal na maaaring ituring na isang mahalaga at mapagpasyang hakbang sa paggawa ng mga bagong berdeng fuel.

Higit pa tungkol sa Materyal

Ang materyal ay nagmula sa copper na nakapako sa nanocrystalline carbon nitride. Ang mga atom ng copper ay nakapuwesto sa loob ng nanocrystalline na estruktura, na nagpapahintulot sa mga electron na lumipat mula sa carbon nitride papunta sa carbon dioxide. Ang paggalaw na ito ay mahalaga sa paggawa ng methanol mula sa carbon dioxide sa ilalim ng solar irradiation. 

Kung matagumpay itong ma-scale, ang proseso ay maglutas ng isa sa pinakamahalagang problema sa pagharap sa mga banta na dulot ng carbon dioxide. 

Ang carbon dioxide, ang pinaka-mahalagang ahente ng global warming, ay maaaring i-convert sa mga kapaki-pakinabang na produkto. Gayunpaman, hanggang ngayon, ang mga prosesong ito ay nangangailangan ng hydrogen na nagmula sa fossil fuel. Ang solar power ay ginagamit sa unang pagkakataon. 

Pinapatunayan ng pananaliksik ang pangangailangan para sa pagbuo ng mga alternatibong pamamaraan, batay sa photo at electrocatalysis, mga proseso na epektibong gumagamit ng napapanatiling solar energy at kasaganaan ng tubig. 

Ayon kay Dr. Madasamy Thangamuthu, isa sa mga research fellow sa School of Chemistry: 

“Mayroong malawak na iba’t ibang materyales na ginagamit sa photocatalysis. Mahalaga na ang photocatalyst ay sumisipsip ng liwanag at naghihiwalay ng mga charge carrier nang may mataas na kahusayan. Sa aming pamamaraan, kinokontrol namin ang materyal sa nanoscale. Nakabuo kami ng bagong anyo ng carbon nitride na may crystalline nanoscale domains na nagpapahintulot ng epektibong interaksyon sa liwanag pati na rin ng sapat na paghihiwalay ng charge.”

I-click dito para sa listahan ng mga nangungunang carbon capture stocks.

Higit pa tungkol sa Proseso

Ang heating process na ginamit sa pananaliksik ay nagtiyak na ang carbon nitride ay umabot sa kinakailangang antas ng kristalinidad, na mahalaga para mapakinabangan ang potensyal ng materyal sa photocatalysis. Ang proseso ay kinabibilangan din ng magnetron sputtering upang magdeposito ng copper nang hindi gumagamit ng solvents. Ang kawalan ng solvents ay nagbigay-daan sa mas malapit na kontak sa pagitan ng semiconductor at mga atom ng metal. 

Ayon kay Tara LeMercier, isang PhD student sa University of Nottingham School of Chemistry:

“Kahit walang copper, ang bagong anyo ng carbon nitride ay 44 na beses na mas aktibo kaysa sa tradisyonal na carbon nitride. Gayunpaman, sa aming pagkabigla, ang pagdagdag ng 1 mg ng copper kada 1 g ng carbon nitride ay nag-quadruple ng kahusayan na ito. Ang pinakamahalaga, ang selectivity ay nagbago mula sa methane, isa pang greenhouse gas, patungo sa methanol, isang mahalagang berdeng fuel.”

Sa pangkalahatan, ang eksperimento ay nanguna dahil gumamit ito ng mga katalista na binubuo lamang ng mga napapanatiling elemento. Ayon sa Professor Andrei Khlobystov ng School of Chemistry:

“Ang valorization ng carbon dioxide ay susi sa pagkamit ng net-zero na ambisyon ng UK. Napakahalaga na matiyak ang napapanatiling katangian ng ating mga materyales ng katalista para sa mahalagang reaksiyong ito. Isang malaking bentahe ng bagong katalista ay ito ay binubuo ng mga napapanatiling elemento—carbon, nitrogen, at copper—na lubhang sagana sa ating planeta.”

Ang mga kumpanya sa buong mundo ay nagtatrabaho sa pag-convert ng carbon tungo sa berdeng enerhiya. Ang ilan sa mga kumpanyang ito ay nagbigay sa atin ng talagang kapanapanabik, makabago, at epektibong mga solusyon. 

#1. Climeworks

Kilala ang Climeworks sa kanyang mga pasilidad ng direct air capture at storage, na nag-aalis ng carbon dioxide mula sa hangin. Bukod sa pagpapatakbo ng kanyang mga pasilidad ng carbon removal, nakikipagtulungan din ang Climeworks sa iba upang matiyak ang isang buong portfolio ng mga de-kalidad na solusyon para sa pandaigdigang estratehiya ng net-zero.

Ang kumpanya ay aktibo sa buong mundo at nag-aalok ng iba’t ibang solusyon na iniayon sa partikular na pangangailangan. Halimbawa, sa Iceland, ang kumpanya, sa tulong ng storage partner nitong Carbfix, ay nagdadala ng carbon dioxide sa ilalim ng lupa at pinapareact ito sa basalt rock sa pamamagitan ng natural na proseso upang ang mapaminsalang emisyon ay maging bato at manatiling ligtas na nakapaloob sa loob ng higit sa 10,000 taon. 

Sa United States, inanunsyo ng Climeworks ang tatlong proyekto sa ilalim ng programa ng United States Department of Energy na Regional DAC Hubs. Ang Project Cypress, kung saan ang Climeworks ay isang developing partner, ay magpapatupad ng direct air capture method upang alisin ang labis na carbon dioxide (CO2) mula sa atmospera upang maiwasan ang paglala ng mga ekstremong pangyayari sa panahon, tulad ng mga bagyo, tagtuyot, at pagbaha, sa pangmatagalang panahon. 

Sa Zurich, Switzerland, nakabuo ang Climeworks ng pasilidad na tumutulong sa paggawa ng mga carbon-neutral na gulay. Ang direct air capture plant nito ay nagbubomba ng gas papunta sa mga greenhouse, na nagpapalakas ng photosynthesis ng halaman at nagpapataas ng ani ng hanggang 20%. Ayon sa Climeworks, mag-eextract ito ng humigit-kumulang 900 tonelada ng CO2 bawat taon mula sa hangin.

Ayon kay Matt Lucas ng Centre for Carbon Removal:

“Ang mga teknolohiya para i-capture ang CO2 mula sa hangin, tulad ng mga yunit ng Climeworks, ay may potensyal para sa matarik na pagbaba ng presyo na nakita natin sa solar, hangin, at mga baterya, na mga produktong gawa rin sa pabrika.”

Noong Abril 9, 2024, nakatanggap ang Climeworks ng 2.2 milyong CHF (26m NOK) na pondo mula sa Norway mula sa Enova, ang state enterprise na pag-aari ng Ministry of Climate and Environment ng pamahalaan ng Norway. 

Dalawang taon na ang nakalipas, ang Climeworks ay nag-sign ng equity round na CHF 600 milyon (USD 650 milyon). Ang listahan ng mga mamumuhunan ay kinabibilangan ng ilang kilala at malalaking institusyonal na mamumuhunan sa teknolohiya at imprastruktura sa buong mundo.

#2. Heirloom Carbon

Heirloom Carbon ay nagtatag ng unang komersyal na direct air capture facility sa United States. Ganap na pinapagana ng renewable energy, ang pasilidad ay permanenteng nag-aalis ng carbon dioxide mula sa atmospera. 

Ginagamit nito ang proseso ng carbon mineralization, kung saan ang mga bato tulad ng Limestone—kilala bilang natural na carbon sink—ay sumasalo ng napakalaking dami ng CO2 sa paglipas ng panahon. Bilang isa sa pinaka-sagandang bato sa planeta, ang Limestone ay maaaring sumalo ng napakalaking dami ng CO2 mula sa hangin sa paglipas ng mga taon. At pinapabilis ng teknolohiya ng Heirloom Carbon ang prosesong ito sa loob lamang ng ilang araw. 

May maraming benepisyo ang teknolohiya ng Heirloom. Ito ay permanenteng nag-aalis ng carbon dioxide, tinitiyak na ang gas ay ligtas na nakaimbak sa ilalim ng lupa magpakailanman. Ang mga serbisyo ng Heirloom ay may minimal na environmental footprint, dahil ang kanilang mga pasilidad ay maaaring mag-alis ng 50 tonelada ng CO2 bawat metro kuwadrado at maaaring ilagay sa hindi nabubungkal na lupa.

Sa paglipas ng panahon, naniniwala ang Heirloom na ang kanilang mga serbisyo ay magiging optimal na cost-effective, kung saan ang kanilang carbon removal credits ay bababa sa mas mababa sa US$100 bawat tonelada ng carbon dioxide pagsapit ng 2035. 

Noong Abril 2022, nag-raise ang Heirloom ng US$ 1 milyon bilang grant mula sa Mask Foundation at XPRIZE. Nakalikom ito ng US$ 53 milyon sa series A mula sa AENU at isang dosenang iba pang mamumuhunan noong Marso 17, 2022. Noong Hunyo 2021, nakatanggap ang Heirloom ng grant na nagkakahalaga ng US$255,737 mula sa National Science Foundation. 

Pokus sa Isang Komprehensibong Plano sa Pagtugon sa Carbon Emission

Ang ganitong plano ay tumitingin sa kabuuang lifecycle ng carbon emission at nagbabalak na tugunan ito sa lahat ng lugar sa pinaka-makatuwirang, site-optimized, at epektibong paraan. Halimbawa, ang mga solusyon tulad ng Climate TRACE ay tumutulong mag-identify ng mga global emission hotspots gamit ang satellites at machine learning. Ang mga kumpanya tulad ng CarbonChain, sa kabilang banda, ay tumutulong bawasan ang emissions sa supply chain sa pamamagitan ng pagtulong sa mga kumpanya na i-profile ang kanilang kasalukuyang emissions at maghanap ng mga paraan upang bawasan ito gamit ang artificial intelligence. Ang pagkilala sa mga energy leaks ay bahagi rin ng komprehensibong planong ito. 

Kapag natapos na ang proseso ng pag-identify, may tatlong posibleng paraan upang tugunan ang mga alalahanin sa carbon dioxide. Ang una ay nakatuon sa paghinto ng karagdagang pinsala sa klima mula sa pagbuga ng carbon dioxide. Ang ikalawa ay tumatalakay sa pagpapalakas ng energy efficiency upang mabawasan natin ang pag-asa sa fossil fuels. Ang ikatlo, na siyang pinaka-ambisyoso sa tatlo, ay sinusubukang baliktarin ang pinsalang nangyari na. 

Tungkol sa mga tiyak na solusyon, maraming ideya ang umusbong. Ipinagpatuloy ng mga siyentipiko ang pagsasaka ng mga halaman o seaweeds na maaaring sumipsip ng CO2 mula sa atmospera habang lumalaki, sabay na nagsisilbing renewable energy source. Mas mapangahas at radikal na makabagong eksperimento ay kinabibilangan ng mga bagong polymer na maaaring mangolekta ng solar power. Ang mga polymer na ito ay maaaring ilapat sa mga tela upang ang ating mga damit ay magsilbing berdeng at mobile na pinagmumulan ng enerhiya. 

Sa paglipas ng mga taon, maraming kaakit-akit na aplikasyon at solusyon ang nabuo sa larangan ng pagbalik ng pinsala. Halimbawa, ang mga siyentipiko ay nagtatrabaho sa carbon-based concrete na naglalabas ng CO2 mula sa industrial exhaust papunta sa synthetic Limestone, isang pangunahing sangkap ng concrete. Sa ganitong konteksto, dapat nating tandaan na ang produksyon ng concrete ay nag-aambag ng 4% hanggang 8% ng CO2 emissions ng mundo. 

Patuloy din ang gawain upang makabuo ng mga pananim na kumakain ng carbon, mga pataba na nagse-sequester ng carbon, at marami pang iba. 

Sa lahat ng mga inobasyong ito, dapat nating matiyak ang net 55% o higit pang pagbawas sa antas ng 1990 sa taong 2030 at isang layunin ng climate-neutrality pagsapit ng 2050. Habang marami pang kailangang gawin sa paglipat mula sa fossil fuel patungo sa malinis, renewable energy, dapat ding maging epektibo ang pandaigdigang kooperasyon sa pagpigil ng deforestation, paggamit ng lupa nang napapanatili, at pagpapanumbalik ng kalikasan. 

Ang patuloy na pagsisikap ay sa huli makakatulong sa atin na balansehin ang dami ng greenhouse gases na inilalabas sa atmospera sa pagkuha at pag-imbak ng mga gas na ito sa ating mga kagubatan, karagatan, at lupa.