Niewielkie morskie zwierzęta mogą odegrać kluczową rolę w wyłączeniu sporych ilości dwutlenku węgla z obiegu i tym samym ograniczaniu zmian klimatu – poinformowało niedawno czasopismo naukowe "Catalysis Science & Technology".

Jeżowce to niewielkie kuliste, osiągające maksymalnie do 12 cm średnicy, różnorodnie ubarwione organizmy, gęsto pokryte wapiennymi kolcami. Zamieszkują dna wód słonych wszystkich stref geograficznych kuli ziemskiej, choć najczęściej spotkamy je w strefie tropikalnej i subtropikalnej. Okazuje się, że całkiem łatwo przychodzi im pobieranie CO₂ bezpośrednio z wody i wbudowywanie go w swój szkielet.

Dwutlenek węgla bardzo szybko może zostać przekształcony w rozpowszechniony w przyrodzie, nieszkodliwy związek organiczny, jakim jest węglan wapnia. Stanowi on ok. 4% skorupy ziemskiej. Szacuje się, że jest rezerwuarem ok. 1,5 biliarda ton gazu. Minerał jest całkowicie stabilny i powszechnie stosowany do wytwarzania cementu oraz innych materiałów, np. odlewów gipsowych w szpitalach. Jest też głównym składnikiem skorupy organizmów morskich, ślimaków, ostryg oraz jaj. Morskie jeżowce do uwięzienia dwutlenku węgla i przekształcenia go w węglan wapnia potrzebują jedynie niklu.

Główna autorka badań, dr Lidija Šiller z Uniwersytetu w Newcastle, opowiada, jak doszło do tego przypadkowego odkrycia. "Chcieliśmy zrozumieć szczegółowo reakcje kwasu węglowego – to, co się dzieje, gdy CO₂ reaguje z wodą – i potrzebowaliśmy katalizatora w celu przyspieszenia tego procesu. W tym samym czasie interesowało mnie, w jaki sposób organizmy, a w szczególności jeżowiec, absorbuje dwutlenek węgla i zamienia go w węglan wapnia, który dołącza do swojego szkieletu".

Zestawienie tych dwóch badań okazało się strzałem w dziesiątkę. "Kiedy przyjrzeliśmy się jeżowcowi, odkryliśmy dużą koncentrację niklu w jego egzoszkielecie. Wzięliśmy nanocząsteczki niklu i wykorzystaliśmy je w naszym teście z kwasem węglowym. Cały dwutlenek węgla został usunięty". Jak podkreśla dr Šiller, właśnie "wychwytywanie i usuwanie CO₂ z naszej atmosfery to jedno z największych dylematów naszych czasów".

Każdego roku ludzie emitują średnio 33,4 mld ton CO₂, z których ok. 45% pozostaje w atmosferze. Zespół z Newcastle wierzy, że dokonane przez nich odkrycie pomoże w ograniczaniu zmiany klimatu tym wywołanych.

Metoda, którą opisano w "Catalysis Science & Technology", jest szybszą i tańszą alternatywą dotychczas znanych sposobów przekształcania tego gazu w węglan wapnia i magnezu. "Jednym ze znanych sposobów jest wykorzystanie enzymów zwanego anhydrozą węglową" – tłumaczy doktorant biorący udział w badaniach, Gaurav Bhaduri. "Jednakże enzym ten jest nieaktywny w kwasowym środowisku, a skoro jednym z produktów reakcji jest kwas węglowy, oznacza to, że enzym jest aktywny tylko przez bardzo krótki czas i sprawia, że proces jest bardzo drogi".

"Piękno niklu jako katalizatora tkwi w tym, że działa on niezależnie od wartości pH, a także w jego właściwościach magnetycznych, dzięki którym może być odzyskiwany i używany raz za razem. Jest także bardzo tani – tysiąc razy tańszy niż wspomniany enzym".

Drugą z obecnie rozwijanych metod usuwania CO₂ z atmosfery jest CCS, czyli wychwytywanie gazu i wpompowywanie go głęboko pod ziemię. Jednak proces ten jest bardzo kosztowny i dość skomplikowany, a ponadto niesie ze sobą ryzyko wycieków gazu, nawet w miejscach oddalonych o wiele kilometrów od potencjalnego składowiska.

Wykorzystanie jeżowców okazuje się więc nie tylko zdecydowanie tańsze, lecz także dużo bezpieczniejsze. "Nasze odkrycie oferuje rzeczywistą szansę dla przemysłu, w tym elektrowni i zakładów chemicznych, na wychwytywanie całego wytwarzanego przez nie dwutlenku węgla, zanim w ogóle dostanie się do atmosfery oraz przetwarzania go w bezpieczny, stabilny i przydatny produkt".

Naukowcy z Newcastle nie poprzestają na teorii i przedstawiają gotowe do zastosowania rozwiązanie. W ich projekcie gaz przepuszczany był przez komin – przez kolumnę wody bogatą w nanocząsteczki niklu. Węglan wapnia otrzymywano u jego wylotu na samym dole.

Dr Lidija Šiller wiąże z odkryciem duże nadzieje. Przyznaje jednak jednocześnie, że rozwiązania nie będzie można zastosować wszędzie. "Instalacji nie da się np. zainstalować w tylnej części samochodu. Mimo to, jest to skuteczny i tani sposób, możliwy do wykorzystania na całym świecie w celu zmniejszenia emisji CO₂ do atmosfery przez przemysł", podsumowuje.