Hoe oceanen CO2 uit de lucht opnemen
Een van de vele maatschappelijke problemen is de hoeveelheid broeikasgassen die in de lucht hangen. De aandacht is voornamelijk gericht op koolstofdioxide, CO2, vanwege de enorme aanwezigheid van dit gas. In grote steden in de wereld, zoals Beijing, Los Angeles en São Paulo, is CO2 deel van deze dikke laag luchtvervuiling. Er zijn al bekende manieren om de hoeveelheid CO2 te verminderen. Eén van deze manieren is fotosynthese, die planten uitvoeren. Maar er is nog een manier: de oceanen.CO2
Koolstofdioxide is een broeikasgas dat warmte heel goed vasthoudt. Dit is de reden dat mensen koolstofdioxide associëren met de opwarming van de aarde. Koolstofdioxide wordt in de maatschappij voornamelijk gevormd door het verbranden van brandstof, het uitademen door en de flatulentie (darmgassen) van mensen en dieren. Hierdoor neemt de concentratie CO2 in de lucht toe, wat bijdraagt aan de opwarming van de aarde. Er zijn enkele biochemische mechanismen die ervoor zorgen dat er niet te veel CO2 in de lucht komt. Een mechanisme hiervoor is fotosynthese. De oceanen zelf spelen ook een rol in de verwerking van CO2.Oceanen
Voorbeelden van wat oceanen kunnen doen met betrekking tot koolstof zijn de White Cliffs in Dover. De creatie van deze kliffen door de oceanen heeft enkele miljoenen jaren gekost. Na de creatie van deze kliffen daalde de zeespiegel waardoor de kliffen zichtbaar werden. Onderzoek heeft uitgewezen dat het grootste deel van de klif uit calciumcarbonaat (CaCO3) bestaat. Calciumcarbonaat wordt door de oceaan aangemaakt en ook opgeslagen, waardoor de lucht wordt ontdaan van koolstofdioxide, CO2.Omzetting van CO2 naar CaCO3
De oceaan kan CO2 aan de lucht onttrekken door een heel natuurlijk proces: het oplossen. CO2 lost in enige mate op in water, waarmee het een reactie aangaat. Omdat de omstandigheden niet optimaal zijn voor deze reactie om geheel aflopend te zijn, stelt zich een evenwicht in. Het reactieproduct is dan koolzuur, H2CO3. Deze reactie ziet er als volgt uit:CO2 (aq) + H2O (l) ↔ H2CO3
Koolzuur is een tweewaardig zwak zuur, dat wil zeggen dat koolzuur twee waterstofionen kan afstaan in een evenwichtsreactie. Van deze eigenschap wordt gebruik gemaakt in de oceaan: het opgeloste koolzuur scheidt in de eerste reactie een waterstofion af aan het water, wat daardoor een lagere pH krijgt door de vorming van hydronium, H3O+. Deze reactie gaat als volgt:
H2CO3 + H2O (l) ↔ HCO3- (aq) + H3O+ (aq)
In dit evenwicht zijn de reactieproducten hydronium (H3O+) en het waterstofcarbonaat-ion (HCO3-). Vanwege de eigenschap dat koolzuur een zwak zuur is, stelt zich een evenwicht in. Maar ook vanwege de eigenschap dat koolzuur een tweewaardig zwak zuur is, zal zijn geconjugeerde base, het waterstofcarbonaat-ion, ook een waterstofion afstaan. Hieruit volgt dat de vorming van hydronium voortzet en de vorming van een ander ion, het carbonaat-ion (CO32-), begint.
In de oceanen is van nature veel opgelost calcium (Ca2+ (aq)) aanwezig. Dit opgelost calcium gaat een reactie aan met het gevormde carbonaat, waardoor het zout calciumcarbonaat wordt gevormd. Dit is een witte, onder normale omstandigheden onoplosbare stof. De reactie voor de vorming van calciumcarbonaat is als volgt:
Ca2+ (aq) + CO32- (aq) → CaCO3 (s)
Dit is een aflopende reactie, omdat calciumcarbonaat onoplosbaar is onder normale omstandigheden. Het zout (een binding tussen een metaal en een niet-metaal) zinkt langzaam naar de bodem, waar laag voor laag het calciumcarbonaat wordt geplaatst.
