Khi ta đốt cháy một tờ giấy hay khúc củi, trong chất bay lên có khí cacbonic. Quá trình đốt cháy các chất hữu cơ, quá trình thối rữa của các xác sinh vật, quá trình nung vôi, lên men rượu, menbia… đều sinh ra khí cacbonic. Trong hơi thở của các sinh vật có 4% khí cacbonic. Việc phát hiện ra khí này ở thế kỷ thứ 16 đã mở ra một ngành mới của hóa học thời bấy giờ, gọi là hóa học các chất khí. Đây là một khí không màu, không mùi, vị hơi chua và nặng gấp rưỡi không khí. Một lít nước hòa tan gần một lít khí cacbonic ở điều kiện thường. Khi hòa tan trong nước nó truyền cho nước vị chua nhẹ. Bởi vậy một công dụng rất phổ biến của khí cacbonic là nén vào các đồ uống như nước hoa quả, cocacola, nước khoáng, bia…
Khí cacbonic không duy trì sự sống và sự cháy. Lợi dụng tính chất này người ta dùng khí cacbonic để dập tắt đám cháy và nén khí cacbonic vào những chất lỏng dễ bắt lửa để bảo quản chúng.Khi nén người ta được tuyết cacbonic (còn gọi là nước đá khô) dùng làm chất làm lạnh, bảo quản thực phẩm. Nó có khả năng làm lạnh gấp đôi nước đá thường và khác với nước đá thường ở chổ khi bay hơi không để lại gì cả.
Trong công nghiệp, khí cacbonic là nguyên liệu đầu để sản xuất soda, một nguyên liệu không thể thay thế được trong công nghiệp thủy tinh, và là nguyên liệu trung gian để sản xuất phân đạm urê.
Khí quyển của trái đất chứa 0,03% thể tích khí cacbonic. Tuy không độc nhưng khi hàm lượng vượt quá 4% nó có hại cho sức khỏe, vì tan nhiều trong máu, tác dụng lên trung ương thần kinh. Khi hàm lượng cao hơn nữa, nó gây rối loạn các hoạt động của cơ thể. Khí quyển có 10% khí cacbonic sẽ làm người nhanh chóng bị mất trí và có thể chết vì ngừng thở.
 |
Cấu trúc phân tử CO2 |
Động vật hít thở oxy từ không khí, dùng oxy đốt cháy các chất dinh dưỡng ở trong cơ thể thành khí cacbonic và nước. Nhiệt phát sinh trong quá trình đốt chấy cung cấp năng lượng cho cuộc sống sinh vật. Như vậy trong quá trình sống động vật hấp thụ oxy của khí quyển và thải khí cacbonic, nhờ vậy đã bù đắp lại quá trình hấp thụ khí cacbonic, và thải khí oxy của thực vật. Vì thế hàng triệu năm nay hàm lượng tring bình của khí cacbonic trong khí quyển không thay đổi đáng kể (0,03% thể tích). Khí quyển của sao kim, một hành tinh gần trái đất nhất thiếu oxy và hơi nước nhưng lại có nhiều khí cacbonic hơn. Có lẽ sao kim gần giống với trái đất chúng ta ở thời đại chưa có thảm thực vật.
Tuy không màu, nghĩa là không hấp thụ các tia sáng mặt trời ở trong vùng bức xạ nhiệt. Khí cacbonic cũng như hơi nước để cho các bức xạ nhiệt từ mặt trời đến mặt đất có bước sóng dưới 12.000 nm đi qua khá dê dàng nhưng lại hấp thụ mạnh những bức xạ phản hồi từ mặt đất có bước sóng trên 14.000 nm rồi phát trả lại mặt đất, làm cho trái đất ấm lên. Nếu trong khí quyển mà chúng ta đang sống không có khí cacbonic thì nhiệt độ ở mặt đất thấp hơn hiện tại 21oC. Ngược lại, nếu hàm lượng khí cacbonic trong khí quyển tăng lên gấp đôi so với hiện tại thì nhiệt độ ở mặt đất tăng thêm 4oC. Trong các thời đại địa chất xa xưa, khí quyển chứa rất nhiều khí cacbonic hơn nên nhiệt độ trung bình hàng năm ở trên mặt đất cao hơn hiện tại 15oC. Như vậy, về mặt hấp thụ bức xạ, lớp khí cacbonic và hơi nước trong khí quyển giống như lớp thủy tinh trong nhà kính trồng cây. Do đó, hiện tượng làm cho trái đất ấm lên được gọi là hiệu ứng nhà kính. Cần chú ý rằng nhiệt độ mặt đất chỉ cần nâng lên 1oC đã gây ảnh hưởng bất lợi cho sản xuất lương thực của thế giới. Lúc đó cùng lúa mì ở vĩ độ Bắc sẽ dời chuyển dần từ Liên xô cũ và Canada đến Bắc cực, nghĩa là từ vùng đất phì nhiêu đến cùng đất cằn cỗi. Năng suất sinh học của đại dương sẽ giảm xuống.
 |
Lượng khí cacbonic thoát ra từ các ống khói
của các khu công nghiệp gây ảnh hưởng
nghiêm trọng đến môi trường. |
Việc phá hoại rừng và việc sử dụng nhiên liệu trong các nhà máy nhiệt điện cũng như các nhà máy khác không gây ảnh hường đáng kể đến hàm lượng oxy trong khí quyển nhưng lại ảnh hưởng chồng chất đến việc tăng hàm lượng khí cacbonic làm hiệu ứng nhà kính tăng lên. Mặc dù trong danh sách các chất khí gây ô nhiễm môi trường người ta không nói đến khí cacbonic, nhưng nó có liên quan rất mật thiết đến môi trường. Có thể nói hiểm họa khí cacbonic đối với môi trường không kém gì hiểm họa của cuộc chiến tranh hạt nhân. Chiến tranh hạt nhân có thể ngăn chặn, có lẽ nào hiện tượng tăng khí cácbonic trong khí quyển lại không thể hạn chế được.
Biến đổi khí CO2 thành Hyđrô cácbon để giảm nguy cơ nóng lên toàn cầu
Hiện nay, điôxít cacbon (CO2) là loại khí nguy hiểm góp phần lớn nhất gây nên tình trạng nóng lên toàn cầu. Tuy nhiên, nhóm các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra CO2 là một nguồn tài nguyên có giá trị và đang xây dựng bộ sưu tập các công nghệ thu hồi khí CO2, tận dụng các nguyên tử cácbon của nó để tạo ra hyđrô cácbon dùng làm nhiên liệu cho xe cộ hoặc làm nguyên liệu sản xuất nhựa và các vật liệu khác mà hiện nay được lấy từ dầu.
Nguyên tắc đơn giản để đến với hyđrô cácbon là phương pháp loại bỏ nguyên tử oxy ra khỏi phân tử CO2 bằng cách đốt các phân tử CO2 ở nhiệt độ khoảng 24000C và thu hồi phân tử cácbon monoxít (CO). Hỗn hợp CO với hyđrô được hòa với chất xúc tác (gọi là phản ứng hay quá trình Fischer-Tropsch) cho ra nhiên liệu hyđrô cácbon lỏng. Phản ứng này được phát minh từ những năm 1920. Vấn đề khó khăn là tìm ra nguồn năng lượng để thực hiện được phản ứng này.
Theo Reed Jensen, Giám đốc Điều hành Công ty Năng lượng Tái tạo Los Alamos (LARE), lò phản ứng lớn đầu tiên sẽ sẵn sàng cho các thử nghiệm trong năm 2008 làm phá vỡ các phân tử CO2 để cho ra khí CO và O2. Theo tính toán, có thể cung cấp khoảng 100 lít CO/giờ. Mặt hạn chế của phương pháp này là cần nhiệt độ cao, dẫn đến tổn hại lớn về nhiệt, làm giảm hiệu suất và chi phí cao. Để khắc phục hạn chế này, Nhóm Sandia đang phát triển một hệ thống thu hồi nhiệt hình trụ với 14 vòng đai từ gốm ferit coban quay khoảng 1 vòng/giây bên trong khoang kép được bịt kín gọi là phương pháp CR5 (counter-rotating ring receiver reactor recuperator), hoạt động ở nhiệt độ rất thấp. CR5 là phương pháp sản xuất hyđôgen đầu tiên được triển khai, sử dụng hơi nước trong khoang lạnh hơn CO2. Tuy nhiên, nhà phát minh Rich Diver cho rằng, tách CO2 là phương pháp thu năng lượng mặt trời hiệu quả hơn. Việc đốt cháy CO2 được thực hiện trong lò phản ứng năng lượng mặt trời cung cấp 10% năng lượng cần thiết để tạo ra nó.
Sử dụng năng lượng mặt trời để biến đổi CO2 thành nhiên liệu gốc cácbon của ông Gabriele Centi thuộc Bộ môn Hoá chất Công nghiệp và Kỹ thuật về các vật liệu của Trường Đại học Messina (Italia) đã tạo ra một bước tiến xa hơn. Để sản xuất CO với hy vọng biến nó thành nguyên liệu hữu ích hơn, ông đang chế tạo pin điện hoá để tạo ra các phân tử hyđrô cácbon như nonane và êtylen – là những hoá chất quan trọng dùng để sản xuất chất dẻo và các vật liệu khác hiện nay bắt nguồn từ dầu mỏ. Pin của Centi cùng dòng với pin nhiên liệu phát điện bằng phản ứng hyđrô hoặc mêtanol với oxy, nhưng theo phản ứng hoá học có chiều ngược lại.
Khi dầu và khí thiên nhiên ngày càng trở nên đắt đỏ và khan hiếm hơn, các công ty hoá dầu ngày càng quan tâm đến việc tìm những vật liệu mới nhằm thay thế các nhiên liệu hoá thạch. Hiện nay, Centi đang kết hợp với một công ty của Pháp để khảo sát việc sử dụng CO2 tái chế. Nếu đủ khả năng cạnh tranh về giá, hyđrô cácbon được sản xuất từ các nguồn CO2 công nghiệp có thể được sử dụng để sản xuất nhựa và các sản phẩm khác, ở dạng này CO2 sẽ được cố định trong nhiều năm hơn là phát thải vào khí quyển.