TEMA BROJA
Dr Gordana Jovanović
Vodonik / Mesto na planeti i značaj
Korak ka dubokoj prošlosti
Način života u budućnosti sve češće zaokuplja našu pažnju. Stručnjaci širom sveta su posvećeni razvoju novih tehnologija za dobijanje energije, njihovoj isplativosti i uticaju na životnu sredinu. Istraživanja su skupa, često komplikovana, počev od preciznih laboratorijskih analiza i terenskih istraživanja pa do dubokih bušenja kroz Zemljinu koru; ipak, mnogo šta je ostalo nedovoljno ispitano. Kad su u pitanju istražna bušenja, zna se da se oko99% dubokih bušenja odnosi na istraživanja/proizvodnjiu nafte i gasa. Međutim, iz ovih bušotina se ne dobijaju skoro nikakve informacije o vodoniku (H2). Potraga za održivim snabdevanjem energijom uz niske ekološke i ekonomske troškove je glavni pokretač u kontekstu energetske tranzicije ka društvu sa niskim emisijama ugljenika.
Pogled na savremeni način života i tehnologije koje su u upotrebi jasno ukazuju da ćemo uskoro biti prinuđeni na postepene zamene neefikasnih, prljavih i skupih rešenja - čistijim i jeftinijim gorivima sa boljim učinkom. Jedan od gasova je vodonik (H2) , prvi element u Mendeljejevom sistemu elemenata. U odnosu na sva druga goriva, njegova velika ekološka prednost je u tome što sagorevanjem ne stvara ništa drugo sem vode (pare) i energije. Različita jedinjenja ovog vrlo rasprostranjenog elementa u Univerzumu imaju široku primenu, ali nije lako dostupan za upotrebu kao neki drugi gasovi. Kao gorivo za motore sa unutrašnjim sagorevanjem (koje imaju automobili) nije mnogo upotrebljavan mada je, prema mišljenju mnogih, osnovno pogonsko gorivo budućnosti. Stoga se sve češće zastupa mišljenje da vodonik ima potencijal da postane obnovljivi izvor energije budućnosti, važno gorivo za buduću energetsku tranziciju.
Vodonik je element koji postoji u vasioni milijardama godina. Poznato je da gradi razna jedinjenja sa drugim elmentima. Voda ( H2O) je jedno od najvažnijih jedinjenja neophodnih za život, sastavni je deo organskih molekula. U zavisnosti od procenta, jedinjenja vodonika nalaze primenu u mnogim sferama života i rada; ne možemo a da ne pomenemo jedinjenje vodonika poznato kao vodonik-peroksid ili hidrogen.To je nestabilno jedinjenje vodonika i kiseonika, bezbojna tečnost sličnog izgleda kao voda, samo ima jedan atom kiseonika više (H2O2) i malo je viskoznija. Ovo je 35% oksidaciono sredstvo, uklanja mirise i razne zagađivače u tretmanu otpadnih voda i taloga, koristi se u industriji celuloze, papira, tekstila, u industriji sredstava za čišćenje, beljenje, dezinfekciju itd. Nezamenjiv je u savremenim kućama lepote gde se masovno koristi za beljenje kose i dr.
Vodonik se uglavnom koristi u industriji tokom prerade nafte i u proizvodnji azotnih đubriva, a malo se koristi za energiju jer je skup u odnosu na fosilna goriva. Ipak, kao što je ugalj zamenio drvo u industriji i zagrevanju stanova, tako upotreba raznih gasova postaje sve češća u svakodnevnom životu. Jedinjenje vodonika vodonik-peroksid,je veoma korisno u geološkoj nauci gde se koristi za čišćenje fosila od finih čestica sedimanata, ali i za čišćenje („oslobađanje“) sedimentnih zrna od potencijalnih mikroorganizama koji su sačuvani na njima.
H2O2 – formula vodonik peroksida |
Bez traga da je bio gas
Da li je prirodni vodonik samo geološka zanimljivost ili i potencijalni primarni izvor energije za budućnost?
Postoje predrasude da je slobodni vodonik u prirodi redak, a opisi nekoliko poznatih otkrića su anegdotskog tipa i iz nekog razloga privlače vrlo malo pažnje. To znači da, ako niko ne očekuje da će pronaći slobodan vodonik, niko neće ni uzimati uzorke za njegov pronalazak. Ova predrasuda i te kako utiče na način na koji se uzorci gasa analiziraju, ali i na način na koji su osmišljeni načini za njegovu detekciju. Zbog nedostatka odgovarajuće tehnike za merenje koncentracije vodonika, teško je proceniti koliko puta vodonik nije identifikovan u uzorcima bogatim vodonikom. Pored nesavršenih analitičkih tehnika, ključni problem je što je većina bušotina širom sveta izbušena u sedimentnim basenima, koji čine polovinu Zemljine površine; međutim, ovo najverovatnije nisu mesta gde će vodonik biti najzastupljeniji.
Još jedan problem koji sprečava otkrivanje vodonika su njegova difuzna i hemijska svojstva. Kao najlakši od svih gasova, brzo napušta mesto svog nastajanja i ne može da se zadrži u geološkim „zamkama“ duži vremenski period. Iz tog razloga, uzorcima sa gasovitim vodonikom treba rukovati na specifičan način. Takođe je veoma reaktivan i, kada se kombinuje sa kiseonikom, daje vodu, ne ostavljajući traga da je tamo uopšte bio slobodan gas. Pored toga, mikroorganizmi ga brzo troše jer za njih predstavlja dragocen izvor energije.
O ponašanju u Zemljinoj kori
Znamo da je vodonik gas bez boje, ukusa i mirisa koji se praktično ne rastvara u vodi , ali se o nekim drugim njegovim karakterisitkama i prirodnom poreklu, izuzev u krugovima stručnjaka, malo zna. Pošto je vodonik zapaljivi gas, može se koristiti kao gorivo za različite namene. Zamena trenutne upotrebe fosilnih goriva vodonikom mogla bi značajno smanjiti emisiju CO2 u atmosferu. Nažalost, prirodna proizvodnja vodonika je tek nedavno postala oblast naučnih istraživanja, ali se malo zna o proizvodnji H2, migraciji, potrošnji i potencijalnoj akumulaciji. Sadašnje znanje o ponašanju vodonika u Zemljinoj kori je toliko ograničeno da još nije moguće razmotriti eksploataciju ovih resursa.
Otkrića stotina prirodnih curenja H2, uglavnom povezanih sa cirkulacijom hidrotermalnih tečnosti kroz drevne ultramafične stene, ispod morskog dna i na kontinentima, mogu otkloniti ove prepreke, ali i pokrenuti važna pitanja u vezi sa njegovim energetskim potencijalima. Pored toga, nedavna zapažanja intra-kratonskih curenja i akumulacija bez očigledne genetske veze sa ultramafičnim formacijma izazivaju trenutno razumevanje proizvodnje H2 i njegove sudbine u Zemljinoj kori. S obzirom da je vodonik otkriven u različitim okruženjima, istraživači su predložili nekoliko hipoteza o nastanku i poreklu vodonika u Zemljinoj kori: otplinjavanje duboko usađenog vodonika iz Zemljinog jezgra i plašta, reakcija vode sa ultrabazičnim stenama ili serpentinizacija, kontakt vode sa redukcionim agensima u omotaču, interakcija vode sa sveže izloženom stenom.
Kako „osloboditi“ mikrofosile od sedimenta?
Pri proučavanju fosila, prvi cilj svih metoda je da se fosili, kao što su foraminiferi, ostrakodi, sitni mekušci itd, izoluju iz finih muljevitih čestica sedimenta koja ih okružuju. Tek tada se mikrofosili mogu adekvatno posmatrati i proučavati. Stvarna koncentracija foraminiferskih ljuštura na primer u sedimentima, bilo današnjim ili drevnim, u velikoj meri zavisi od brzine kojom su se akumulirali nebiogeni (neorganski) sedimenti. Na primer, u blizini ušća velikih reka, zalihe nebiogenog sedimenta su toliko velike da bi možda trebalo pogledati hiljade zrna sedimenta da bi se pronašla samo jedna forma. Nasuprot tome, neki morski sedimenti, udaljeni od izvora većine nebiogenih sedimenata, mogu biti skoro čiste koncentracije foraminiferskih ljušturica. Uopšteno govoreći, ljušturice su retke u krupnom pesku, ali su često brojne u mulju i finom pesku.
Foraminiferi posle tretmana vodonik-peroksidom i ispiranjem |
Nekonsolidovani sediment i neke meke stene će se razbiti nakon nekoliko sati stajanja u vodi, dok se tvrđe stene moraju najpre podvrgnuti drobljenju. Bez obzira na to koju tehniku koristimo, prvo razbijanje sedimenta ili stene na fragmente od nekoliko mm maksimalnih dimenzija, ili nešto veće, ubrzaće proces. Međutim, iz čvrstih krečnjaka koji često sadrže foraminifere i druge sitne organizme ne mogu se lako osloboditi fosilizovani ostaci.
Ljušture foraminifera se, na primer, dosta koriste u proučavanju drevnih okeana, biostratigrafije i klime, jer daju informacije o životnoj sredini putem fizičkih i hemijskih analiza. Međutim, proučavanja mnogih fosila se ne mogu ni zamisliti bez potpuno čistih njihovih ljušturica, što znači da se moraju osloboditi svakog delića sedimenta kao što je glina ili laporac koji je sačuvan na njima ili u njihovim porama.
Mehaničko čišćenje četkicama nije dovoljno. Metoda vodonik-peroksida kao dodatni tretman može pomoći da se ostatak sedimenta razgradi. U zavisnosti od svrhe istraživanja, primenjivaće se različiti postupci. Za biostratigrafiju je ponekad dovoljno da se na desetak minuta sedimenti stave u staklenu posudu sa vodonik-peroksidom. Pri korišćenju metode H2O2 potrebno je najpe dobro osušiti uzorak, zatim dodati tri procenta rastvora vodonik-peroksida (zapremina rastvora treba da bude 2 do 3 puta veći od uzorka koji se obrađuje), lagano promešati i ostaviti da odstoji 24 sata na sobnoj temperaturi, ili u rerni na oko 45°C (povremeno mešati i držati poklopljeno da bi se sprečila kontaminacija), zatim15 do 20 minuta zagrevati rastvor koji sadrži uzorak, često mešajući i vodeći računa da rastvor ne proključa. Nakon toga treba isprati uzorak kroz sita. Osušiti i ispitati sav materijal zadržan na situ jer se mogu otkriti i drugi sitni fosili. Ako fosili nisu razdvojeni od sedimenta, vratiti ga u posudu i ponoviti proces.
Školjka koju treba očistiti od sedimenta |
Vodonik-peroksid u službi proučavanja jezerskih sedimenata;
kako osloboditi zrna sedimenata od mikrofosila?
Jezerski sedimenti predstavljaju mešavinu materijala proizvedenog u samom jezeru i materijala transportovanog u jezero iz okolnih basena. Tipovi i veličina zrna materije (koje mogu biti organskog ili neorganskog porekla), kao i drugi faktori određuju mehanizme taloženja i konačnu distribuciju jezerskih sedimenata po veličini zrna. Analize raspodele veličine zrna u sedimentnim i drugim mekim stenama otkrivaju fundamentalni sedimentološki kvalitet, poznat kao tekstura. Teksturne informacije su od suštinskog značaja za otkrivanje procesa koji su omogućili nastanak, transport, sortiranje i deponovanje materijala. Da bi se ispitala i obradila sedimentna zrna, neophodna je prethodna obrada uzoraka vodonik-peroksidom, kao najefikasnijeg sredstva za čišćenje organskog materijala sačuvanog oko zrna sedimenata. Praktično, prosejavanje sedimenata pre i posle tretmana vodonik-peroksidom pokazuje da postoje razlike u težini. Efekti na sitnije veličine zrna su donekle nepredvidivi. Potencijalni efekti tretmana vodonik-peroksidom na različite vrste minerala nisu u potpunosti poznati i uglavnom se preporučuje korišćenje relativno blagog tretmana, kao mera predostrožnosti.
U slučaju sedimenata kod hidrotermalnih izvora, za analizu veličine zrna preporučuje se takođe pred-tretman sedimenta korišćenjem vodonik-peroksida. Praktično, prosejavanje sedimenata pre i posle tretmana vodonik-peroksidom pokazuje da postoje razlike u težini, što znači da je tretman ovom hemikalijom potreban da bi se uklonio organski materijal jer je dokazano da hidrotermalni otvor ima visok sadržaj organske materije.
Dr Gordana Jovanović
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
