کشف اولیه کربن دی اکسید توسط چه دانشمندانی و در چه زمانی صورت گرفت؟

به نظر می‌رسد دی اکسید کربن در حدود سال 1630 اولین بار توسط یان باپتیستا ون هلمونت یک پزشک، فیلسوف، و شیمیدان فلاندری قرن هفدهم که وجود گازهای مجزا را تشخیص داد و شناسایی کرد، مشاهده شد. ون هلمونت  اصرار داشت که دانش جهان طبیعی را تنها با آزمایش می‌توان به دست آورد. او عقاید چهار عنصر (زمین، هوا، آب و آتش) ارسطو و سه اصل (نمک، جیوه و گوگرد) پاراسلسوس را رد کرد از نظر او تنها عناصر واقعی آب و هوا بودند، او نشان داد که ‌اینها همانطور که برخی فکر می‌کردند قابل تعویض نیستند. ون هلمونت در آزمایشی که شاید شناخته شده‌ترین آزمایش او باشد، یک بید را در گلدانی خاکی حاوی خاک خشک قرار داد و در طی یک دوره پنج ساله چیزی به جز آب باران یا آب مقطر به آن اضافه نکرد.

پس از پنج سال، سر انجام با وزن کردن درخت و خاک و مقایسه آن با وزن‌های اولیه، متوجه شد که ماده تشکیل دهنده درخت، خاک نیست. او همچنین به غلط نتیجه گرفت که ماده تشکیل دهنده درخت، آب است. باید توجه داشت این نتیجه‌گیری غلط از آنجا ناشی می‌شد که مفهوم گاز، سالها بعد توسط خود وی کشف شد.

ون هلمونت اولین کسی بود که تشخیص داد بسیاری از واکنش‌ها موادی تولید می‌کنند که به قول او «به مراتب ظریف‌تر از بخار، مه، یا روغن مقطر هستند، اگرچه چندین برابر ضخیم‌تر از هوا». برای توصیف این مواد، او کلمه گاز (از “آشوب”) را اختراع کرد و تعدادی گاز از جمله دی اکسید کربن را شناسایی کرد. از قضا، دی اکسید کربن اصلی‌ترین ماده‌ای بود که در آزمایش درخت بید او نادیده گرفته شد.

 همچنین ون هلمونت زغال چوب را سوزاند و متوجه شد که خاکستر کمتر از ماده اصلی وزن دارد، چیزی که به اعتقاد او منتشر شده است، ماده‌ای که او آن را “گاز” یا “روح چوب”نامید. امروزه ‌این گاز به نام دی اکسید کربن شناخته می‌‌شود. ون هلمونت با کشف آن به شهرت رسید. او همچنین تشخیص داد که دی اکسید کربن از تخمیر شراب و سایر فرآیندهای طبیعی تولید می‌‌شود. زمانی نگذشت که دانشمندان دیگر متوجه شباهت‌هایی بین فرآیندهای تنفس و احتراق شدند که هر دو مصرف می‌شوند و دی اکسید کربن تولید می‌کنند. به عنوان مثال، آنها دریافتند که شعله شمع در نهایت هنگامی که در یک کوزه با هوای محدود محصور شود، خاموش می‌‌شود، همانطور که زندگی یک پرنده یا حیوان کوچک خاموش می‌‌شود.

به نظر می‌رسد ون هلمونت گاز را با هوای مرده‌ای که گاهی در غارها یافت می‌شود یکسان دانسته است، بنابراین باید آن را بیشتر آزمایش کرده باشد، اما این دکتر اسکاتلندی جوزف بلک بود که به درستی این ماده را شناسایی کرد.

جوزف بلک شیمیدان و فیزیکدان بریتانیایی بود که بیشتر به دلیل کشف مجدد “هوای ثابت” (دی اکسید کربن)، مفهوم نهفته شناخته شده است.

وی در دوران روشنگری در ادینبورگ کار می‌کرد. جوزف بلک در مقاله‌ای که برای اولین بار در سال 1755 منتشر شد، آزمایشی را که روی ماده‌ای به نام منیزیم آلبا انجام داد، شرح می‌دهد. او این ماده را گرم کرد و متوجه شد که بیش از نیمی از وزن خود را از دست داده است. همچنین او راهی برای تشخیص CO₂ کشف کرد. با حباب زدن آن در محلول هیدروکسید کلسیم در آب، او توانست کربنات کلسیم را رسوب دهد. با این آزمایش او نشان داد که دی اکسید کربن در نفس حیوانات وجود دارد. بلک گاز را “هوای ثابت” نامید و اشاره کرد که چگالی آن از هوای معمولی بیشتر است و شمع را خاموش می‌کند و موش‌ها را می‌کشد.

در سال 1767، جوزف پریستلی، که بعداً اکسیژن را جدا کرد، در لیدز، نزدیک کارخانه آبجوسازی ژاک زندگی می‌کرد. پریستلی به گازی که از آبجو در حال تخمیر حباب می‌زد علاقه داشت، مقداری برای مطالعه جمع کند. او متوجه شد که دقیقاً مانند “هوای ثابت” جوزف بلک رفتار می‌کند. از جمله آزمایش‌هایی که پریستلی روی گاز انجام داد، حباب زدن آن در آب بود، او متوجه شد که زمانی مقداری از آن در آب حل شود طعم آب معمولی را مانند آب معدنی گازدار موجود در کوه‌های آلپ تغییر می‌دهد.

در سال 1861، تیندال فیزیک‌دان ایرلندی متوجه شد که دی اکسید کربن و بخار آب موجود در جو است که گرمای خورشید را به دام می‌اندازد و در تنظیم دمای زمین اثر دارد. امروزه ما این را اثر گلخانه‌ایی می‌نامیم.

این اثر در سال 1896 توسط سوانته آررهنیوس شیمیدان سوئدی اندازه‌گیری شد. او همچنین اشاره کرد که با سوزاندن سوخت‌های فسیلی، میزان دی اکسید کربن جو افزایش پیدا می‌کند و در نتیجه زمین گرمتر می‌‌شود.

  چه کاربردهای مهم و متنوعی برای کربن دی اکسید در صنایع مختلف وجود دارد؟

اولین کاربرد عملی دی اکسید کربن توسط شیمیدان انگلیسی جوزف پریستلی در اواسط دهه 1700 اختراع شد. پریستلی آزمایش‌های بلک را تکرار کرده بود و متوجه شد زمانی که گاز در آب حل شود نوشیدنی با طراوت با طعم کمی ترش ایجاد می‌کند. این اولین آب گازدار مصنوعی بود که به آب سودا یا سلتزر معروف بود.  امروزه از دی اکسید کربن برای تهیه کولا و سایر نوشابه‌ها استفاده می‌‌شود. در زندگی مدرن، دی اکسید کربن کاربردهای عملی زیادی دارد. به عنوان مثال، کپسول‌های آتش نشانی از CO₂ برای کنترل آتش سوزی‌های الکتریکی و نفتی استفاده می کنند. دی اکسید کربن نیز یک مبرد بسیار موثر است. در شکل جامد خود که به یخ خشک معروف است، برای خنک کردن مواد غذایی فاسد شدنی در حین حمل و نقل استفاده می‌‌شود. بسیاری از فرآیندهای صنعتی نیز توسط دی اکسید کربن خنک می‌شوند که امکان تولید سریعتر را فراهم می‌کند همچنین در کپسول‌های آتش نشانی، برای باد کردن قایق‌های نجات و جلیقه‌های نجات، انفجار زغال سنگ، کف کردن لاستیک و پلاستیک، ترویج رشد گیاهان در گلخانه‌ها، بی حرکت کردن حیوانات قبل از کشتار نیز استفاده می‌‌شود.

 ردپای کربن دی اکسید چیست؟

در کشورهای توسعه‌یافته، حمل‌ونقل و مصرف انرژی خانگی بزرگترین جزء ردپای کربن یک فرد را تشکیل می‌دهند. به عنوان مثال، تقریباً 40 درصد از کل انتشارات در ایالات متحده در طول دهه اول قرن 21 از آن منابع بوده است. چنین انتشاراتی به عنوان بخشی از ردپای کربن “اولیه” یک فرد گنجانده می‌‌شود، که نشان دهنده انتشاراتی است که یک فرد مستقیماً بر روی آنها کنترل دارد. باقی مانده ردپای کربن یک فرد، ردپای کربن “ثانویه” نامیده می‌‌شود که نشان دهنده انتشار کربن مرتبط با مصرف کالاها و خدمات است. ردپای ثانویه شامل انتشار کربن منتشر شده از تولید مواد غذایی است. تولید و حمل و نقل کالاهای مصرفی سهم بیشتری در ردپای کربن ثانویه دارند. به عنوان مثال: ردپای کربن یک بطری آب شامل CO₂ یا معادل CO₂ منتشر شده در طول ساخت خود بطری به اضافه مقدار منتشر شده در طول حمل و نقل بطری به مصرف کننده است.

 رد پای کربن دی اکسید چگونه محاسبه میشود؟

ابزارهای مختلفی برای محاسبه ردپای کربن برای افراد، مشاغل و سایر سازمان‌ها وجود دارد. متدولوژی‌های رایج برای محاسبه ردپای کربن سازمانی شامل پروتکل گازهای گلخانه‌ای، و ISO 14064، استانداردی است که توسط سازمان بین‌المللی استاندارد که به طور خاص با انتشار گازهای گلخانه‌ای سروکار دارد، ایجاد شده است. چندین سازمان، مانند آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، سازمان حفاظت از طبیعت، و بریتیش پترولیوم، ماشین حساب‌های کربن را در اینترنت برای افراد ایجاد کردند. چنین ماشین‌حساب‌هایی به افراد اجازه می‌دهد تا ردپای کربن تخمینی خود را با میانگین‌های ملی و جهانی مقایسه کنند.

 چگونه می‌توان ردپای کربن دی اکسید را کاهش داد؟

ردپای کربن را می‌توان از طریق بهبود بهره وری انرژی و تغییر سبک زندگی و عادات خرید کاهش داد. تغییر مصرف انرژی و حمل و نقل می‌تواند بر ردپای کربن اولیه تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، استفاده از وسایل حمل و نقل عمومی، مانند اتوبوس و قطار، ردپای کربن یک فرد را در مقایسه با رانندگی کاهش می دهد. افراد و شرکت‌ها می‌توانند ردپای کربن مربوطه خود را با نصب روشنایی کارآمد، افزودن عایق در ساختمان‌ها یا استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر برای تولید برق مورد نیاز خود کاهش دهند. به عنوان مثال، تولید الکتریسیته از نیروی باد هیچ انتشار مستقیم کربنی تولید نمی‌کند. انتخاب‌های سبک زندگی دیگری که می‌تواند ردپای کربن ثانویه یک فرد را کاهش دهد شامل کاهش مصرف گوشت و تغییر عادات خرید فرد به محصولاتی است که برای تولید و حمل و نقل به انتشار کربن کمتری نیاز دارد.

 کربن دی اکسید چه مدت در جو باقی می‌ماند؟

 اکنون انسان‌ها آنقدر دی اکسید کربن منتشر کرده‌اند که هر سوم مولکول موجود در اتمسفر را ما در آنجا قرار داده‌ایم. پس از 100 سال، 75 درصد از این دی اکسید کربن هنوز وجود خواهد داشت. پس از 1000 سال، 40 درصد از این دی اکسید کربن هنوز وجود خواهد داشت. پس از 10000 سال، 25 درصد از این دی اکسید کربن همچنان وجود خواهد داشت. به زبان ساده‌تر، دی اکسید کربن برای همیشه ماندگار است و انتشارات گذشته و حال ما آینده را قلمرو می‌کند، و نمونه‌ای از مداخله زمانی عمیق است.

 پاندمی کووید-19 چگونه بر انتشار کربن دی اکسید ناشی از فعالیت‌های انسانی تأثیر گذاشت؟

همه‌گیری کووید-19 تأثیر شدیدی بر اقتصادهای جهانی داشت و منجر به بزرگترین کاهش سالانه انتشار CO₂ در تاریخ ثبت شده شد. در سال 2020، انتشار جهانی 1.5 میلیارد تن دی اکسید کربن کاهش یافت، مقداری تقریباً معادل انتشار گاز CO₂ ژاپن در آن سال.

این دو برابر کاهش سال 1992 پس از انحلال اتحاد جماهیر شوروی بود (دومین کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در تاریخ ثبت شده). با این حال، موقتی بود. با از سرگیری فعالیت‌های اقتصادی کشورها، انتشار گازهای گلخانه‌ای به سرعت برگشت و سال 2021 از سطح 2019 فراتر رفت. خبر خوب این است که، در حالی که انتشار مطلق همچنان در حال افزایش است، انتشار سرانه جهانی از سال 2011 افزایش نیافته است. این نشان می دهد که کشورها به تدریج از مسیر توسعه کربن فشرده قبلی دور می‌شوند، زیرا آنها به سمت انرژی‌های تجدید پذیر، وسایل نقلیه الکتریکی و وسایل نقلیه تجدید پذیر و سایر فناوری‌های پاک حرکت می کنند.

با این حال، هنوز راه زیادی در پیش است. در حال حاضر ضروری است که مسیر انتشار مجموع گازهای گلخانه‌ای را که هنوز در حال رشد هستند، معکوس کنیم، تا در مسیر تعهدات جهانی آب و هوا برای تضمین آینده‌ای قابل زندگی برای همه قرار بگیریم.