CO₂ – surovina budoucnosti?

Oxid uhličitý bývá vnímán především jako nežádoucí vedlejší produkt lidské činnosti. Chemické technologie a chemický průmysl však mohou na oxid uhličitý nahlížet jako na vstupní surovinu.

Schéma elektrochemického procesu při redukci CO₂.

Oxid uhličitý (CO₂) je běžná chemická látka, která se nachází na konci metabolických procesů získávání energie z uhlíkatých látek organismy, spalováním fosilních paliv a vulkanickou činností. V případě CO₂ produkovaného organismy se však jedná o uzavřený cyklus, kde vydechovaný CO₂ pochází z uhlíkatých látek původně vytvořených rostlinami ze vzdušného CO₂. V případě spalování fosilních paliv však uhlíkaté látky pocházejí z CO₂ zachyceného před několika miliony let organickou či anorganickou cestou a jeho opětovné zpracování nemůže být v rámci desítek let realizováno pouze přírodními procesy. V šesté hodnotící zprávě mezivládního panelu pro klimatickou změnu při IPCC bylo konstatováno, že oxid uhličitý je hlavní skleníkový plyn. Podle této zprávy se má teplota do roku 2075 zvýšit v krajním případě až o 4,4 °C, pokud se koncentrace CO₂ v atmosféře zvýší třikrát vůči současnému stavu. Proto byla učiněna politická rozhodnutí, která mají koncentraci CO₂ udržet na takové úrovni, aby se průměrná teplota nezvýšila o více než 1,5 °C. Mezi signatáři této dohody se však nevyskytují hlavní producenti CO₂, jmenovitě Čína, USA a Indie. Jedno z prvních opatření je omezení produkce CO₂ v rámci EU, což však ani zdaleka nekryje navyšující emise CO₂ hlavně v Asii a Africe. Dalším opatřením je zachytávání CO₂ s následným vtlačováním do geologicky vhodné horniny. Aktuálně se ukládá asi 30 Mt CO₂ ročně, což přestavuje méně než jedno promile z celkových antropogenních emisí CO₂ (~13 Gt ročně). Hlavním problémem ukládání CO₂ je cena a při zvýšení kapacity i vhodné prostory, kam by bylo možné CO₂ ukládat. Navíc v některých případech se může uložený CO₂ postupně opět dostávat do atmosféry. Pro srovnání, v atmosféře se nachází asi 3300 Gt CO₂, přičemž se odhaduje, že v 18. století bylo v atmosféře pouze 2200 Gt CO₂, rozdíl byl primárně dosažen lidskou činností.

Chemické technologie a chemický průmysl však na oxid uhličitý mohou nazírat jako na vstupní surovinu. Tento přístup k CO₂ má potenciál výrazně snížit negativní bilanci mezi emisemi a využitím CO₂ u velkých producentů, ale navíc může být v případě ekonomické výhodnosti zajímavý i pro firmy ve státech, které využívání CO₂ dosud neřeší (Čína, Indie).

Již několik desetiletí jsou studovány elektrochemické systémy s vodnými elektrolyty sycenými CO₂, díky nimž byla připravena řada jednoduchých sloučenin jak plynných (metan, etylen), tak kapalných (metanol, etanol, kyselina mravenčí, kyselina octová, aldehydy atd.). Energii pro tyto přeměny by mohly v dnešní době poskytnout obnovitelné zdroje energie (OZE), např. větrné a solární elektrárny, a to v době, kdy je jí k dispozici nadbytek. Nejzajímavější sloučeniny jsou z energetického hlediska uhlovodíky s vysokou objemovou a hmotnostní hustotou energie, uloženou ve formě chemické vazby. Navíc tyto jednoduché sloučeniny často slouží jako vstupní suroviny v chemickém průmyslu, který je dosud získává z fosilních surovin. Nalezení podmínek, vhodných katalyzátorů a reakčních parametrů pro efektivní průmyslovou výrobu např. metanolu nebo etanolu z CO₂ by poskytlo vhodnou alternativu fosilních surovin a tvoří jádro současného výzkumu v této oblasti.