Unipetrol | Fuelling Innovations | Články

Chemie pro život a technologie

Chemie pro život a technologie aneb Může se z lineárního stát cirkulární?

Dr. Michael Londesborough

Vše v našem vesmíru má směr, který často označujeme jako „čas“. Ve skutečnosti je to ale vzrůstající entropie – tendence k chaosu.

Chemistry for Life and Technology

Vezměme si vejce – když ho upustíme, rozbije se. Organizované se mění na chaotické a entropie vzrůstá. Pro vajíčko není cesty zpět – čemu je konec, tomu je prostě konec. Existuje miliarda způsobů, jak ho rozbít, ale jen jedna konfigurace, kdy je vcelku.

Ze stejného důvodu nemládneme, ale pouze stárneme – molekuly, které nás nutí zápasit o zachování jejich komplexnosti, neboť existuje tolik mechanismů rozpadu na stále jednodušší formy.  Ve snaze zpomalit entropii nakupujeme drahé krémy a léky, v konečném důsledku je to však vždy jen prohra. Nakonec jsme nuceni podřídit se jejímu diktátu.

Co kdybychom ale byli schopni vzít linearitu entropie a chaosu a proměnit ji v omlazující cyklus neustále se obnovujícího řádu?

Tato planeta tuto schopnost má!  A v důsledku toho na ní žijeme.

Chemie planety Země je totiž chemií cirkulární!

Představte si, že jste atom uhlíku.  Vzniknete ve středu slunce, kde je žár a tlak tak vysoký, že se díky tomu menší jádra helia spečou a vznikne nový atom uhlíku – vy.  Trávíte zde stovky milionů let a točíte se v neuvěřitelných frekvencích.  Pak kolaps rovnováhy mezi prudkým vyzařováním světla vaší hvězdy a její vlastní gravitací vede k největší explozi ve vesmíru, supernově, a vy se neuvěřitelnou rychlostí rozletíte časoprostorem. Pohybujete se jako součást obrovského mraku hvězdných částic a prachu nazývaného mlhovina, dokud nenarazíte na část časoprostoru s geometrií potřebnou k tomu, aby se z vašeho vířivého shluku stala nová planeta.  Coby atom uhlíku milujete kyslík a toho je kolem spousta.  Reagujete s ním, rozpouštíte se v oceánech molekul vody a v roztoku se usazujete jako vápenatá sůl iontu CO3¯.   Nová částečka uhličitanu vápenatého.  Jste hustší než voda, tak padáte na dno oceánu, kde zůstáváte po tisíciletí, dokud vás pohyby tektonických desek neposunou nahoru.  Po tisíce let zůstáváte těsně pod povrchem, obklopeni třemi atomy kyslíku a vápenatým iontem.  Vzpomínáte na své vzrušující začátky – světlo, měnící se scenérie, dobrodružství. Nyní však dlouho žádná změna. Začnete jako prvek trpět depresí.

Najednou slyšíte vzdálené klepání. Stále hlasitější. Cítíte křik a poté, po tolika letech strávených v temnotách, na tváři pohlazení fotonů světla ze slunce.  Vzhlédnete a vidíte svého vysvoboditele: dělníka Pepu s krumpáčem lesknoucím se v záři slunce.  Po miliónech let nicoty vaše oči zažívají koupel v neskutečném blankytu oblohy, nádherné běli mračen, skvostné zeleni stromů a upocený Pepa vás definitivně vysvobozuje ze společenství uhličitanů vápenatých a nakládá vás lopatou do svého kolečka. Veze vás do blízké vápenky, kde vás vmrští do ohněm rozpálené pece.  Ten žár je úžasný a odesílá vaše molekulární vazby do nových vibračních úrovní. Jakoby se revmatický stařík byl náhle schopen pohybovat jako Mick Jagger!  Vibrujete a třesete se tak dlouho, dokud od sebe neodkopnete atom vápníku a atom kyslíku a nevylétnete komínem vápenky jako nová molekula CO2, tedy oxidu uhličitého.  Stoupáte majestátně vzduchem za jemného otáčení a pohupování s lehkostí, jakou jste nezažili miliony let.  Cítíte tu svobodu?  Tu lehkost bytí? Stejně jako jiné běžné molekuly oxidu uhličitého strávíte celá léta v atmosféře naší planety a uděláte si v této roli několikrát cestu kolem světa.  Cestujete si po celém světě, přeletujete nad horami a lesy, pouštěmi i oceány. 

Jako molekula oxidu uhličitého máte schopnost rozpustit se ve vodě za vzniku kyseliny uhličité, která se spokojeně opět mění na oxid uhličitý a katapultuje vás zpět do atmosféry. Do plic vás vdechne pták letící střemhlav k zemi a vy mu jeho alveolami projdete až do krve.  Odchytit se vás snaží molekuly hemoglobinu. To se jim však nedaří.  Zůstáváte v podobě CO2 a procházíte krevním řečištěm ptáka, až jste nakonec opět vydechnuti. Tentokrát nad vinici a je příjemný letní den.  Vzduch vás tlačí dolů.  Otřete se o jeden z listů révy vinné a na jeho spodní straně vstupujete průduchem rostliny do zeleného solárního panelu přírody. Zde se spojujete s dalšími molekulami oxidu uhličitého a vody a v geniálním fotochemickém okamžiku z vás fotony slunečního světla učiní novou molekulu glukózy: C6H12o6. Záplavě fotonů, paketů elektromagnetické energie, se v kombinaci s neuvěřitelnou molekulární infrastrukturou révového listu podaří obrátit běh entropie a vtisknout do nové glukózové molekuly energii ze slunce.  Světelná energie se stala energií chemickou a vy jste její úložiště!

Po dlouhém létě jste jako součást cukerného roztoku uvnitř zrajících hroznů sklízeni, drceni a znovu procházíte změnou. Činitelem jsou tentokrát mikrobi kvasinek.  Tyto nepatrné jednobuněčné mikroorganismy vás přetvoří na novou molekulu etanolu (CH3CH2OH) – klíčové složky vína rubínové barvy.  Přichází čas stáčení a zrání v tmavém a vlhkém sklepě. Pak vás po vytažení korku nalijí do sklenice a vy protečete hrdlem nadšeného degustátora. Při průtoku jeho trávicím traktem se stáváte obětí schopnosti jeho těla vaši molekulu rozložit, vysát z ní velkou část vnitřní energie, a tím zvyšovat entropii systému a přeměnit vás zpět na novou molekulu CO2, kteroužto během hovoru den nebo dva poté, co vás vypil, vydechne. Opět se začínáte vznášet atmosférou a váš příběh je připraven pokračovat. Čeká nový cyklus.

***

To je jen jeden příklad bezpočtu možností, které cirkulární chemie této planety uhlíku nabízí.  Tento proces, který může entropii zvrátit, je fotosyntéza – přeměna oxidu uhličitého a vody na uhlovodíky a kyslík. A toto je ten chemický ekvivalent přeměny páru starců na pár mladíků.  Omlazení. Revitalizace.  Renesance uhlíku.

Jelikož jsou tyto molekuly plné energie, jsou plné chemického potenciálu.  Můžeme s nimi provádět spoustu chemie.  Jsou to naše potraviny a oblečení, léky, naše paliva a materiály.

Navíc se v tomto cyklu netvoří odpad!  Veškeré přebytečné uhlovodíky skryté pod povrchem zemským se přeměňují na fosilní paliva ropu, uhlí a plyn.  Starodávná záře slunce uschovaná v molekulární podobě!  V podobě molekul tak drahocenných, že si bez nich život nelze představit.

A tady je háček: Veřejnost úžasným příležitostem, které nám uhlovodíky skýtají, rozumí nedostatečně, a proto je nedoceňujeme.

To, co děláme s našimi vzácnými zdroji uhlovodíků, je klíčovým aspektem naší globální ekonomiky.  K dispozici je mnoho možností: nejen fosilní paliva, ale i polymery, vodík, nové materiály, léky.

Tam, kde je cirkulárně se pohybující energie a možnost volby, tam je příležitost. Příležitost pro vás!