Un profesor clujean, în echipa unui proiect american premiat cu „Oscarul inventicii”

În anul 2010, unul dintre laboratoarele în care, în urmă cu 70 de ani, se realizau primele progrese în dezvoltarea bombei atomice, a recrutat o echipă de cinci cercetători care, de această dată, să găsească o soluție pentru una dintre cele mai mari probleme ale planetei: gazele cu efect de seră și efectele lor asupra climei. În echipă, alături de patru cercetători americani, s-a aflat și fizicianul clujean Flaviu Turcu, cel care a reușit să ducă la bun sfârșit un proiect finanțat de guvernul SUA cu peste 30 de milioane de dolari și premiat la „Oscarurile inventicii”, așa cum mai sunt cunoscute premiile R&D 100: realizarea unor „containere” care, folosind tehnologia RMN, permit evaluarea eficienţei stocării dioxidului de carbon în subteran în scopul protejării mediului.

Cu alte cuvinte și într-un limbaj ceva mai comun, cei cinci cercetători au găsit soluția pentru ca dioxidul de carbon rezultat din procesele industriale să poată fi stocat în subteran, acolo unde acesta să se transforme într-o masă solidă, stabilă și inofensivă pentru mediu.

„Banii nu sunt o problemă”- acesta a fost crezul de la care a pornit în 2010 un proiect prin care Departamentul de Energie al SUA încerca să găsească o soluție pentru ameliorarea efectelor gazelor cu efect de seră asupra încălzirii globale. Munca de cercetare a început la Pacific Northwest National Laboratory  din Richland, Washington, iar clujeanul Flaviu Turcu, , era doar al 196-lea non-american dintre cei aproximativ 5.000 de angajați ai laboratorului american.

„Proiectul a fost legat de domeniul reducerii efectelor negative ale arderii combustibilor fosili precum gazul metan și produsele petroliere. Odată cu arderea lor se eliberează o cantitate mare de dioxid de carbon, eliberat apoi în atmosferă. Proiectul își dorea să eva­lueze modul în care dioxidul de carbon poate fi captat și apoi stocat în subteran în locurile de unde au fost extrase gazele naturale sau petrol, astfel încât să nu mai poată produce efecte negative în atmosferă. Posibilitatea de stocare este foarte mare, volumul este și el foarte mare și atunci una dintre variantele cele mai fezabile a fost considerată această stocare în subteran”, explică fizicianul clujean, cadru didactic la Catedra de Fizică biomoleculară a Facultății de Fizică, din cadrul Universităţii „Babeş-Bolyai”.

Dioxidul de carbon, înapoi în subteran

Explicată succint, metoda propusă de cercetători pare una cât se poate de simplă: dioxidul de carbon care rezultă după extragerea și exploatarea gazelor naturale sau a petrolului este reintrodus înapoi în subteran, în locul în care anterior existau zăcămintele. Aici apar însă problemele. Dioxidul de carbon este trimis în subteran folosind presiune și ajunge într-o stare „super-critică”, devenind astfel chiar mai periculos în cazul în care, în urma unui cutremur de exemplu, el se întoarce la suprafață.

„Gazul este presurizat și împins cu forțaă în aceste pungi, trece din faza gazoasă într-o fază super-critică (n.r are comportament de lichid și gaz, simultan), interacționează cu roca și mineralele și se poate transforma în stare solidă. Dacă nu este în stare solidă, apar probleme, pentru că la un cutremur, de exemplu, energia cu care am pompat gazul în subteran ar acce­lera procesul în cazul în care gazul revine la suprafață. Acesta este de fapt și țelul nostru, pentru că, în stare solidă, gazele sunt mai stabile”, explică cercetătorul clujean.

Soluția în acest caz este ca dioxidul de carbon să fie „prelucrat” în subteran astfel încât, în timp, acesta să treacă în stare solidă. Însă pentru ca stocarea să se facă în condiții de siguranță deplină, înainte de trimiterea dioxidului de carbon înapoi în subteran, oamenii de știință trebuiau să știe exact cât de mult durează până când gazul devine solid.

„Problema este de reactivitate, de cât de rapid trec gazele într-o formă solidă, de câtă apă este nevoie pentru a accelera procesul și cât de mult va dura acest proces. Laboratorul a inițiat un proiect care să poată veni cu răspunsuri la aceste întrebări și să propună un soft care să permită culegerea datelor din locul unde se dorește stabilizarea, cu toate caracteristicile locului de depozitare pentru a se poate face o predicție cu privire la timpul necesar pentru ca dioxidul de carbon să fie solidificat. A fost nevoie de reproducerea, în laborator, a condițiilor din teren și să se investigheze prin metode analitice. Una dintre acestea este rezonanța magnetică nucleară (RMN)”, spune.

Cum însă solul are diferite compoziții, cercetătorii au avut nevoie de simulări pentru a putea aprecia care sunt zonele în care solidificarea dioxi­dului de carbon se va produce cel mai rapid. Aici intervine tehnologia RMN, care dincolo de aplicațiile medicale pentru care este în general cunoscută, are aplicații și în spectroscopie.

„În general, RMN-ul este mai cunoscut prin latura lui imagistică, fiindcă este aplicat în medicină. RMN-ul are însă și o componentă spectroscopică, activă încă din anii ‘40.  Această tehnică oferă informații structurale și dinamice la nivel molecular și s-a dorit folosirea ei pentru a evalua reacțiile, pentru a reproduce ceea ce s-ar întâmpla în subteran și a simula ce se întâmplă cu gazele odată introduse în subteran. Tehnologia RMN exista de mult timp, dar nu exista posibilitatea de a face în mod dinamic investigarea la presiune și temperatură ridicată. A trebuit să realizăm o tehnologie care permite în RMN să reproducem condițiile din subteran”, explică cercetătorul.

Aceasta este de fapt un soi de container în care, în premieră, mulțumită muncii echipei de cercetare din care a făcut parte și cercetătorul clujean, au putut fi introduse pentru analiză nu doar mase solide ci și gaze. Probele sunt încărcate în aceste mici containere cu dimensiunea maximă de 40 de milimetri, în care se pune gazul și care este levitat și rotit cu zeci de mii de rotații pe secundă. „Noi am dezvoltat acest container, modul în care poate fi încărcat, reactorul în care se poate reacționa acel amestec. De fapt se numește «Pressurized magic angle spinning technology for nuclear magnetic resonance»”, explică Flaviu Turcu.

Astfel, fiecare tip de sol este analizat în inovatoarele recipiente dezvoltate de cei cinci cercetători, iar în funcție de rezultate se știe cât de mult va dura până când dioxidul de carbon va deveni o masă solidă în subteran.

„Problema gazelor cu efect de seră este o problemă globală, ce a fost discutată și la summitul din Paris din luna decembrie a acestui an. Ei au date mai alarmante decât cele ale ONU care spuneau că temperatura pe glob va crește cu 2, 5 grade Celsius până în 2050. Conform datelor americanilor, creșterea va fi cuprinsă între 3, 5 și 5 grade Celsius. Astfel, stoparea efectelor negative ale gazelor este foarte importantă, iar modalitatea propusă de noi este văzută mai bine decât altele, tocmai datorită posibilității de a stoca gazele în multe zone de pe Pământ și a volumului mare care poate fi înmagazinat. Practic, metoda noastră cere doar parametrii necesari pentru a evalua nivelul de siguranță”, adaugă clujeanul.

Tehnologia RMN exista de mult timp, dar nu exista posibilitatea de a face în mod dinamic investigarea la presiune și temperatură ridicată. A trebuit să realizăm o tehnologie care permite în RMN să reproducem condițiile din subteran”, Flaviu Turcu, profesor la Facultatea de Fizică a Universității Babeș-Bolyai

 

Primul român premiat cu „Oscarul inventicii”

Munca de cercetare desfășurată din 2010 și până de curând le-a adus celor cinci cercetători și un premiu la competiția R&D 100. Spre deosebire de alte saloane la care sunt premiate invenții și descoperiri tehnologice, la R&D 100 sunt recunoscute meritele acelor proiecte care schimbă cu adevărat, în bine, viața omului. Printre proiectele premiate în ultimii zeci de ani se numără de exemplu bancomatul sau tele­vizoarele LCD.

„Există multe saloane de inventică, dar la R&D100 nu se pot înscrie brevete. Când ai brevet, ai un drept asupra unui produs sau serviciu, dar pot trece cei 20 de ani în care ai protecție asupra invenției tale. Asta nu înseamnă că ceea ce tu ai creat a fost cumpărat și folosit de cineva. Poate pentru că nu a fost considerat suficient de fiabil din punct de vedere economic, de exemplu. La această competiție nu se acceptă decât produse care au deja licența cumpărată. Trebuie să fie o tehnologie deja în producție și care să aibă un preț. În cazul nostru, un astfel de recipient costă între 2.000 și 3.000 de dolari, însă el poate fi folosit și în alte domenii de activitate”, spune Flaviu Turcu.

Aceasta este, de fapt, și una dintre părțile esențiale care compun filozofia americanilor în ceea ce privește cerce­tarea.

„Filozofia americană spune că cercetarea trebuie să ducă la îmbunătătțirea vieții omului. În multe țări printre care și România, problema cu cercetarea este lipsa orizontului în cercetare. Facem cercetare fundamentală, teoretică, aplicată, protipizare, licențiere și producție. Noi ne oprim fiindcă… nu știu. Nu avem o strategie și nici viziune. Sunt două probleme mari: finanțarea și trecerea de la etapa cantitativă la cea calitativă a cercetării. Noi nu ar trebui să inventăm strategii, ci doar să le reproducem pe cele deja existente. Nu trebuie să adaptăm ceva nevoilor noastre, ci doar să luăm un model din Belgia, Coreea sau Africa de Sud, dar să îl aplicăm așa cum deja funcționează”, crede Flaviu Turcu.

 

 

 

[stextbox id=”custom” caption=”Protocolul de la Kyoto, în continuare fără SUA”]

Protocolul de la Kyoto este un acord internațional cu privire la protecția mediului. Protocolul a fost negociat în decembrie 1997 de către 160 de țări și prevede, o reducere a emisiilor poluante cu 5, 2% în perioada 2008-2012 în comparație cu cele din 1990, pentru țările puternic industrializate. Pentru a intra în vigoare, trebuia să fie ratificat de cel puțin 55 de națiuni (condiție deja îndeplinită), care să producă 55% din emisiile globale de dioxid de carbon. Această ultimă condiție a fost îndeplinită în octombrie 2004 prin ratificarea de către Rusia a protocolului. După Conferința de la Marrakech (noiembrie 2001), a șaptea conferință a părților semnatare, 40 de țări au ratificat Protocului de la Kyoto. În octombrie 2004, Rusia, responsabilă pentru 17, 4% din emisiile de gaze de seră, a ratificat acordul, lucru care a dus la îndeplinirea cvorumului necesar pentru intrarea în vigoare a protocolului. În noiembrie 2004, țările participante erau în număr de 127 inclusiv Canada, China, India, Japonia, Noua Zeelandă, Rusia, cei 25 de membri ai Uniunii Europene împreună cu România și Bulgaria, precum și Republica Moldova. Printre țările care nu au ratificat acest protocol se află și Statele Unite, responsabile pentru mai mult de 40% din totalul emisiilor de gaze de seră (anunț făcut în martie 2001).

 

[/stextbox]