ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

ปฏิวัติวัฏจักรคาร์บอน (3)

: ลดโลกร้อนด้วยจุลินทรีย์

เสกคาร์บอนไดออกไซด์ให้กลายเป็นหิน

นี่ไม่ใช่มนต์คาถา ไม่ได้เกี่ยวกับเมดูซา แต่เป็นความบ้า ผนวกกับน้ำอัดลม ชีวเคมี จุลินทรีย์และการเกิดหินงอกหินย้อย!

ปีเตอร์ อักโบ (Peter Agbo) นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ (Lawrence Berkeley National Laboratory) กระทรวงพลังงาน สหรัฐอเมริกา เกิดไอเดียเด็ด ใช้น้ำทะเลตรึงคาร์บอนไดออกไซด์

“ตั้งแต่ช่วงเริ่มยุคอุตสาหกรรมเป็นต้นมา (ปี 1850 จนถึงปัจจุบัน) มนุษยชาติได้ปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่ชั้นบรรยากาศไปแล้วกว่า 2,400 กิกะตัน (หรือราวๆ สองล้านสี่แสนล้านตัน) ประมาณห้าสิบห้าเปอร์เซ็นต์ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ดังกล่าวจะถูกดูดซับไปในแผ่นดินและผืนน้ำ”

ที่เหลืออีกสี่สิบห้าเปอร์เซ็นต์จะกระจายขึ้นไปสะสมอยู่ในชั้นบรรยากาศในรูปของก๊าซเรือนกระจกที่สะท้อนไอความร้อนกลับลงมาที่โลกเด้งไปเด้งมาอยู่จนความอบอุ่นกลายเป็นความอบอ้าว

และถ้าตัวเลขปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศยังคงเพิ่มขึ้นอย่างไม่หยุดหย่อนด้วยอัตราที่รวดเร็วจนน่าสะพรึงแบบที่เกิดขึ้นในปัจจุบันนี้ เราคงจะรอนโยบาย carbon neutral หรือการรณรงค์ลดการปลดปล่อยคาร์บอนสุทธิให้เป็นศูนย์ (net zero) ไม่ไหว

“เราต้องดึงเอาคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซเรือนกระจกที่ถูกปล่อยไปแล้วกลับคืนมาด้วยในระดับกิกะตันต่อปี ในทุกๆ ปี ก่อนปี 2050 เพื่อที่จะทำให้เราบรรลุผลแห่ง net zero ได้จริงๆ” ปีเตอร์กล่าว

ไอเดียที่โดดเด่นที่สุดในการจัดการกับคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินก็คือเทคโนโลยีการดูดเอาคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาจากอากาศโดยตรง หรือ Direct air capture (DAC) ที่ใช้พัดลมขนาดยักษ์ดูดอากาศผ่านเข้าไปในตัวกรองที่เต็มไปด้วยสารเคมีที่มีคุณสมบัติในการดักจับกับคาร์บอนไดออกไซด์ แล้วค่อยสกัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่กักไว้ได้ออกมาก่อนที่จะปั๊มลงเอาไปเก็บไว้ในชั้นหินใต้โลก อย่างเทคโนโลยีของวันพอยต์ไฟฟ์ (1pointFive) หรือไคลม์เวิร์กส์ (Climeworks)

แต่ปีเตอร์กลับมองต่างมุม โลกของเราปกคลุมไปด้วยผืนน้ำมากถึงสองในสาม ถ้าหากว่าสามารถดึงคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากน้ำทะเลและสามารถส่งคืนน้ำทะเลที่ปราศจากคาร์บอนไดออกไซด์กลับสู่มหาสมุทรได้ เราก็จะมีมหาสมุทรที่ใหญ่โตมโหฬารที่พร้อมจะช่วยดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นได้อีก

ไอเดียนี้อาจจะสวนกระแสโรงงานกำจัดคาร์บอนที่หลายฝ่ายกำลังจับตามอง แต่ก็เป็นไอเดียที่น่าสนใจและไม่ควรมองข้าม

 

ถ้าอัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลงไปในน้ำ เราจะได้น้ำที่เป็นกรดนิดๆ จากการละลายของคาร์บอนไดออกไซด์ การละลายของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำจะให้กรดคาร์บอนิก และเกลือของคาร์บอเนต ซึ่งถ้าเอาสารทั้งสองตัวไปทำปฏิกิริยากับแคลเซียมและแมกนีเซียมก็จะได้ผลผลิตเป็นตะกอนหินปูน (Limestone) พวกแคลเซียมคาร์บอเนต และแมกนีเซียมคาร์บอเนต

และนั่นหมายความว่าถ้าเราเอาน้ำทะเลที่เต็มไปด้วยแร่ธาตุต่างๆ มากมาย โดยเฉพาะเกลือแคลเซียมและแมกนีเซียม ไปอัดด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์…เราก็จะได้หินปูนตกเป็นตะกอนออกมา ถ้านึกไม่ออกว่าตะกอนของพวกแคลเซียมและแมกนีเซียมคาร์บอเนตมีหน้าตาเป็นเช่นไร ให้ลองนึกถึงหินงอกหินย้อยดูครับ นั่นแหละใช่เลย

คิดต่อเล่นๆ ถ้ามีนักออกแบบสร้างเครื่องพิมพ์สามมิติไว้พิมพ์หินปูนได้ ไม่แน่ว่าอาจจะมีบ้านหินปูนสไตล์กึ่งถ้ำหินงอกหินย้อยหรือประติมากรรมเด็ดๆ ที่เป็นผลพวงมาจากการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ก็เป็นได้ ใครจะรู้อาจจะมีศิลปินทำรูปปั้นเดวิดเวอร์ชั่นหินงอกหินย้อยขึ้นมาก็เป็นได้

ไอเดียสุดบรรเจิดเลิศล้ำ ไปได้ไกลลิบลิ่ว แต่แปลกว่าทำไมถึงไม่มีใครคิดจะทำมาก่อน แสดงว่าต้องมีปัญหาปกปิดซ่อนเร้นอะไรบางอย่าง

ในความเป็นจริง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีการตกตะกอนหินปูนจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์นั้นเกิดขึ้นช้ามากๆ มากเสียจนต้องร้องขอชีวิต เพราะว่าการละลายของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำนั้นค่อนข้างแย่ ลองจินตนาการฟองฟู่ที่ดื่มด่ำซาบซ่าในน้ำอัดลมหรือว่าโซดา นั่นก็คือฟองก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ถ้าอัดก๊าซเข้าไป แทนที่จะไปละลายผสมในน้ำ กลับรวมตัวกันเป็นฟองโซดา แล้วจะเอาคาร์บอเนตที่ไหนมาสร้างเป็นเดวิด

ปีเตอร์ก็ต้องเผชิญกับความท้าทายนี้ แต่แทนที่จะหวาดหวั่น เขากลับยิ้มพร้อมทั้งนำเสนอไอเดียแก้ไข…

 

เอนไซม์คาร์บอนิกแอนไฮเดรส (carbonic anhydrase) เป็นหนึ่งในเอนไซม์ที่ทำงานได้เร็วที่สุดในบรรดาเอนไซม์ทั้งหมด และหน้าที่ของมันคือการเร่งปฏิกิริยาระหว่างคาร์บอนไดออกไซด์กับน้ำ คาร์บอนิกแอนไฮเดรสสามารถเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำให้กลายเป็นกรดคาร์บอนิกและเกลือคาร์บอเนตได้นับล้านโมเลกุลในเวลาเพียงแค่ชั่ววินาที ซึ่งตอบโจทย์ในเรื่องการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปในน้ำ เพื่อการตกตะกอนหินงอกหินย้อยออกมาได้เป็นอย่างดี

แต่ขึ้นชื่อว่าเอนไซม์ยังไงก็ยังเป็นสารชีวโมเลกุล ยังไงก็ไม่ทนทายาดระดับตัวเร่งทางเคมี ส่วนใหญ่ทำงานได้ไม่นานก็มักจะเสียสภาพไป การผลิตคาร์บอนิกแอนไฮเดรสจำนวนมหาศาลมาใช้เพื่อการบำบัดแบบนี้อาจจะไม่ใช่การลงทุนที่คุ้มค่ามากนักในเชิงธุรกิจ

ปีเตอร์เลยออกแบบแบคทีเรียปรับแต่งพันธุกรรมขึ้นมา ให้สามารถผลิตเอนไซม์คาร์บอนิกแอนไฮเดรสจำนวนมากมายไว้บนผิวของเซลล์ เอนไซม์บนผิวเซลล์สามารถทำงานได้ไม่ต่างจากเอนไซม์อิสระ และข้อดีก็คือแบคทีเรียแบ่งตัวใหม่ได้เรื่อยๆ ซึ่งหมายความว่าต่อให้ต่อพ่อแม่แบคทีเรียสูญเสียเอนไซม์หรือแม้แต่ตายไป ลูกหลานแบคทีเรียรุ่นหลังก็ยังจะช่วยเร่งปฏิกิริยาต่อได้เรื่อยๆ ขอแค่เติมอาหารให้มันพออยู่รอดได้ก็เพียงพอ

ซึ่งดีเพราะแบบนี้น่าจะประหยัดได้พอสมควร แต่การนำไปใช้จริงก็ยังอาจจะต้องคิดให้หนัก เพราะถ้าใส่สารอาหารลงไปในน้ำจนแบคทีเรียเติบโตมากจนเกิดไป น้ำทะเลก็อาจจะเน่ากลายเป็นปัญหาหนีเสือปะจระเข้ได้อีก

ปีเตอร์เริ่มมองไปที่แบคทีเรียในกลุ่มที่สังเคราะห์แสงได้เพราะสามารถเอาคาร์บอนไดออกไซด์มาใช้ในการสร้างองค์ประกอบของเซลล์ได้ และสามารถเติบโตได้ไม่ยากเย็นในสภาวะแวดล้อมที่มีสารอาหารจำกัด ซึ่งอาจจะช่วยลดปัญหาในเรื่องการเติมสารอาหารลงไปในน้ำอันเป็นต้นเหตุของการเน่าเสียของน้ำทะเลได้ แต่ถ้ามองอีกมุม ถ้าหากว่าสารอาหารมีจำกัด ก็อาจจะไม่ง่ายที่จะทำให้แบคทีเรียที่เลี้ยงไว้นั้นเติบโตได้รวดเร็วพอที่จะเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่มากมายมหาศาลให้กลายเป็นหินปูนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

บางทีอาจจะไม่ต้องลงไปทำจริงๆ ในทะเลก็ได้

 

ปีเตอร์เริ่มมองถึงความเป็นไปได้อื่น และเชื่อว่าถ้าระบบของเขานี้สามารถถูกเอามาสร้างให้เป็นโรงงานต้นแบบที่ใช้วิธีผันน้ำทะเลที่อุดมไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์เข้ามาบำบัดในถังหมักของแบคทีเรียสร้างคาร์บอนิกแอนไฮเดรส เพื่อตกตะกอนหินปูน และหลังจากที่กระบวนการเสร็จเรียบร้อยแล้ว ก็จะปล่อยน้ำทะเลที่บำบัดแล้วกลับคืนสู่ธรรมชาติ

ไอเดียนี้มีความเป็นไปได้ในเชิงธุรกิจ เพราะจากการคำนวณของปีเตอร์ โรงงานแบบนี้ขนาดหนึ่งล้านลิตร (หรือราวๆ หนึ่งพันตัน) จะสามารถดึงคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากน้ำทะเลได้มากถึง 1 เมกะตันต่อปี

ซึ่งถ้าตั้งสักพันโรงงานทั่วโลก การดึงคาร์บอนไดออกไซด์ในระดับกิกะตันต่อปี ที่อาจจะช่วยลดทอนความร้อนระอุและชะลอการพุ่งสูงขึ้นของอุณหภูมิโลกก็อาจจะเป็นไปได้ ซึ่งถ้าจะมองตามหลักความเป็นจริง พันโรงงานไม่ใช่ตัวเลขที่เว่อร์วังอะไรเพราะแค่สหรัฐอเมริกาประเทศเดียวก็มีโรงงานบำบัดน้ำเสียมากถึงหนึ่งหมื่นสี่พันโรงแล้ว

ใครจะรู้ การผสมผสานระหว่างชีวเคมี น้ำอัดลม จุลินทรีย์และการเกิดหินงอกหินย้อยก็อาจจะกู้โลกได้