O CO₂ pozytywnie

Dwutlenek węgla nie ma dziś dobrej prasy. Gdzie się o nim nie wspomni, to zawsze pełni rolę czarnego charakteru. Co bardziej zapalczywi najchętniej pozbyliby się go całkiem z Ziemi i wysłali go w kosmos. Tam zresztą dwutlenku węgla już sporo jest, choćby na Marsie, w którego atmosferze jest go ponad 90%. Dziś jednak chciałbym zostawić na boku kwestię zmian klimatu i mam zamiar wcielić się w rolę adwokata tego, bądź co bądź, pospolitego gazu, przedstawiając kilka jego zastosowań, z których wielu z nas codziennie korzysta.

Przyjaciel strażaka

Pierwszym przykładem są gaśnice. Nie wszystkie wprawdzie, ale wiele z nich napełnionych jest niepalnym dwutlenkiem węgla. Jest on szczególnie użyteczny w gaszeniu instalacji elektrycznych, ponieważ w przeciwieństwie do wody nie przewodzi prądu. Strumień CO₂ skierowany na palący się materiał odcina dostęp tlenu, a jednocześnie w żaden sposób nie uszkadza go dodatkowo. Dla porównania użycie wody, piany gaśniczej czy proszku gaśniczego sprawia, że po ugaszeniu ognia mamy jeszcze pełno roboty z osuszeniem miejsca pożaru, zebraniem piany czy proszku. Dwutlenek węgla jest czysty i nieszkodliwy.

Lód, który się nie topi

Pewnie słyszeliście o suchym lodzie. Może nawet mieliście osobiście z nim do czynienia. Stosuje się go w formie proszku lub pastylek czy pręcików. W rzeczy samej jest to po prostu dwutlenek węgla w stałym stanie skupienia. Stosuje się go jako środek chłodzący, a pewne jego właściwości powodują, że wyjątkowo dobrze nadaje się do chłodzenia próbek biologicznych i medycznych. Suchy lód ma bowiem kilka przewag nad zwyczajnym „wodnym” lodem.

Przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym dwutlenek węgla nie topi się, a od razu przechodzi w stan gazowy. Mamy więc do czynienia z tzw. sublimacją. Nie ma więc tego problemu, co przy zwykłym lodzie, po którego stopieniu pozostaje kałuża wody. Co więcej, sublimacja CO₂ zachodzi w temperaturze -78,5°C, a im niższa temperatura tym dłuższa trwałość próbek i materiału biologicznego.

Komu kawę?

Trzeci przykład należy chyba to tych mniej znanych. Jest on wykorzystywany do produkcji… kawy bezkofeinowej! Zaskoczeni? Już tłumaczę w czym rzecz.

Najpierw zastanówmy się nad taką kwestią. Jak usunąć z ziaren kawy tylko i wyłącznie jeden składnik, kofeinę? Jeszcze kilkadziesiąt lat temu było to praktycznie niewykonalne. Dopiero wraz ze spopularyzowaniem ekstrakcji dwutlenkiem węgla w stanie nadkrytycznym stało się to możliwe. Pojęcie ekstrakcji jest Wam pewnie znane. Ekstrakcją jest choćby parzenie herbaty, kiedy gorąca woda wymywa (ekstrahuje) związki barwne i smakowe z herbacianych liści. Co jednak oznacza pojęcie „stan nadkrytyczny”?

Każdy gaz można skroplić obniżając jego temperaturę i/albo zwiększając jego ciśnienie. W obu wypadkach odległości między cząsteczkami gazu stają się wtedy mniejsze aż staje się on cieczą. Czasem wystarczy samo zwiększanie ciśnienia, ale istnieje taka temperatura (temperatura krytyczna), przy której niezależnie od stosowanego ciśnienia gazu nie da się skroplić.

W pewnym sensie w takich warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia różnica między gazem a cieczą staje się nierozróżnialna. Płyn w tym stanie, stanie nadkrytycznym, ma ciekawe właściwości – niewielkie opory przepływu, wysokie współczynniki przenikania przez porowate materiały itp. Kiedy więc zastosujemy płyn nadkrytyczny  do ekstrakcji możemy przeprowadzić ten proces szybko i wydajnie, a oddzielenie „wymytych” składników jest szalenie proste – wystarczy obniżyć ciśnienie i płyn nadkrytyczny staje się gazem i „ulatuje”. W przypadku dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym dodatkową zaletą jest też to, że bardzo dobrze rozpuszcza on w sobie kofeinę, a jednocześnie ma małe powinowactwo do innych składników kawy. Jest więc do ekstrakcji niemal idealnym czynnikiem.

Te trzy przykłady nie wyczerpują oczywiście listy zastosowań dwutlenku węgla w naszym codziennym życiu. Nie mniej wydaje mi się, że już ta niewielka próbka pokazuje, że nie taki ten dwutlenek węgla straszny jak go niektórzy malują;)

Wojciech Smułek