คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นหนึ่งในก๊าซที่สำคัญที่สุดในชั้นบรรยากาศของโลก แต่หลายคนมักเข้าใจผิดว่าคาร์บอนไดออกไซด์เป็นองค์ประกอบสำคัญในกระบวนการทางธรรมชาติและกิจกรรมของมนุษย์ ตั้งแต่บทบาทในกระบวนการสังเคราะห์แสงไปจนถึงผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ มาดูรายละเอียดกันว่า CO2 คืออะไร มาจากไหน และทำไมจึงมีความสำคัญ
คาร์บอนไดออกไซด์คืออะไร
คาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซไม่มีสีไม่มีกลิ่น ประกอบด้วยอะตอมคาร์บอน 1 อะตอมและอะตอมออกซิเจน 2 อะตอม (CO2) เป็นองค์ประกอบตามธรรมชาติของชั้นบรรยากาศของโลกและจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตตามที่เรารู้จัก แม้ว่าคาร์บอนไดออกไซด์จะมีสัดส่วนเพียงประมาณ 0.04% ของอากาศที่เราหายใจ แต่อิทธิพลของคาร์บอนไดออกไซด์ก็มหาศาล
ความสำคัญของคาร์บอนไดออกไซด์
คาร์บอนไดออกไซด์เป็นองค์ประกอบที่สำคัญต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก แต่มีอยู่เพียง 0.04% ของชั้นบรรยากาศเท่านั้น ก๊าซนี้มีบทบาทสำคัญในกระบวนการหายใจของพืช โดยส่งเสริมการเจริญเติบโตและการผลิตพลังงานผ่านการใช้ประโยชน์ของน้ำตาลและออกซิเจน
เมื่อมนุษย์และสัตว์สูดออกซิเจนและหายใจออกเป็น CO2 พืชจะแลกเปลี่ยนออกซิเจนในทิศทางตรงกันข้าม นั่นคือ ดูดซับ CO2 ในขณะที่ปล่อยออกซิเจน กระบวนการที่ซับซ้อนนี้เป็นรากฐานของวัฏจักรคาร์บอนที่หล่อเลี้ยงสิ่งมีชีวิตทั้งหมดและเป็นรากฐานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก
เมื่อเราหายใจออก อากาศที่เราหายใจออกจะมีคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 3.8% หรือ 38,000 ppm (ส่วนต่อล้านส่วน) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการผสมกับอากาศโดยรอบอย่างรวดเร็ว ระดับ CO2 ที่สูงนี้จึงลดลงอย่างรวดเร็วเหลือความเข้มข้นที่ไม่เป็นอันตรายในสถานการณ์ปกติ
โดยทั่วไป ระดับ CO2 ในอาคารจะอยู่ระหว่าง 400 ppm (0.04%) ถึง 2,000 ppm ในอากาศบริสุทธิ์ นอกบ้านหรืออากาศบริสุทธิ์มีปริมาณอยู่ที่ประมาณ 400 ppm อย่างไรก็ตามกิจกรรมของมนุษย์ เช่น โรงไฟฟ้าและการขนส่ง
เราสามารถเพิ่มระดับ CO2 ในพื้นที่ที่มีประชากรหนาแน่นได้ 5-15% ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น เวลาของวันหรือฤดูกาล ในความเป็นจริง เมืองที่ใหญ่ที่สุด 100 แห่งของโลกคิดเป็นประมาณ 18% ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก
แหล่งที่มาจากธรรมชาติและจากมนุษย์
CO2 ผลิตขึ้นตามธรรมชาติผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น:
- การหายใจ: สัตว์และมนุษย์หายใจออก CO2 ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการแปลงอาหารเป็นพลังงาน
- การย่อยสลาย: เมื่อพืชและสัตว์ตาย จุลินทรีย์จะย่อยสลายร่างกายและปลดปล่อย CO2 ออกมา
- กิจกรรมของภูเขาไฟ: ภูเขาไฟจะปล่อย CO2 ออกมาในระหว่างการปะทุ
อย่างไรก็ตาม กิจกรรมของมนุษย์ทำให้ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยหลักแล้วเกิดจาก:
- การเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล: ถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติจะปล่อย CO2 ออกมาในปริมาณมากเมื่อถูกเผาเพื่อใช้เป็พลังงาน
- การตัดไม้ทำลายป่า: การตัดไม้ทำลายป่าจะลดจำนวนต้นไม้ที่สามารถดูดซับ CO2 ผ่านการสังเคราะห์แสง
คาร์บอนไดออกไซด์ใช้ทำอะไร?
คาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซอเนกประสงค์ที่มีการใช้งานหลากหลายในอุตสาหกรรมต่างๆ โดยจะถูกแปลงเป็นของเหลวและเก็บไว้ในถังแรงดันสูงเพื่อการขนส่ง จากนั้นถัง CO2 เหล่านี้จะถูกนำไปใช้งานในหลากหลายวิธี
การใช้งานหลักอย่างหนึ่งของ CO2 คือการใช้เป็นสารทำความเย็น เมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ถูกอัดและทำให้เย็นลง จะกลายเป็นของเหลวและแสดงคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่โดดเด่นซึ่งทำให้เป็นสารทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพ สิ่งนี้ทำให้คาร์บอนไดออกไซด์ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในระบบทำความเย็นในอุตสาหกรรมต่างๆ ตั้งแต่การถนอมสินค้าที่เน่าเสียง่ายในภาคส่วนอาหารและเครื่องดื่มไปจนถึงการรักษาอุณหภูมิที่แม่นยำในการจัดเก็บยา
คาร์บอนไดออกไซด์ยังถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่มอย่างกว้างขวางนอกเหนือจากการแช่เย็น โดยทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบสำคัญในเครื่องดื่มอัดลม ซึ่งช่วยให้เครื่องดื่มมีฟองและมีรสชาติที่เป็นเอกลักษณ์ ลักษณะเฉื่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้คาร์บอนไดออกไซด์เป็นสื่อกลางที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการถนอมอาหารโดยป้องกันการออกซิเดชันและการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ ช่วยยืดอายุการเก็บรักษาของสินค้าบรรจุหีบห่อ
นอกจากนี้ภาคส่วนน้ำมันและก๊าซยังต้องพึ่งพา CO2 อย่างมาก โดยใช้ในกระบวนการที่เรียกว่า การกู้คืนน้ำมันขั้นสูง (Enhanced oil recovery หรือ EOR) การฉีด CO2 เข้าไปในแหล่งน้ำมันช่วยให้สกัดน้ำมันดิบที่เข้าถึงได้ยากได้ง่ายขึ้น ช่วยเพิ่มอัตราการผลิตและกักเก็บก๊าซใต้ดิน จึงช่วยในการดักจับและกักเก็บคาร์บอน
นอกจากนี้ยังมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมการเชื่อม ในกระบวนการต่างๆ เช่น การเชื่อมด้วยอาร์กป้องกัน คาร์บอนไดออกไซด์จะทำหน้าที่เป็นก๊าซป้องกันเพื่อป้องกันการปนเปื้อนในชั้นบรรยากาศระหว่างการเชื่อมโลหะ คุณสมบัติเฉื่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ช่วยสร้างสภาพแวดล้อมที่มั่นคง ช่วยให้มั่นใจได้ว่างานเชื่อมจะมีคุณภาพสูงและมีข้อบกพร่องน้อยที่สุด
การประยุกต์ใช้ที่สำคัญอีกประการหนึ่งอยู่ในขอบเขตของระบบดับเพลิง คุณสมบัติของ CO2 รวมถึงความหนาแน่นและความเฉื่อย ทำให้ CO2 เป็นสารดับเพลิงที่มีประสิทธิภาพในโรงงานอุตสาหกรรม เมื่อถูกปล่อยออกมา คาร์บอนไดออกไซด์จะแทนที่ออกซิเจน ทำให้ไฟขาดอากาศหายใจโดยดับองค์ประกอบสำคัญสำหรับการเผาไหม้
การผลิตสารเคมียังใช้ประโยชน์จากคาร์บอนไดออกไซด์ในหลายๆ วิธี ทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์จำนวนมาก รวมทั้งยูเรีย เมทานอล และกรดซาลิไซลิก สารประกอบเหล่านี้มีการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมยา พลาสติก และเกษตรกรรม เป็นต้น
ยิ่งไปกว่านั้น CO2 ยังมีบทบาทสำคัญในการควบคุมค่า pH และบัฟเฟอร์ในกระบวนการอุตสาหกรรมต่างๆ ความสามารถในการสร้างกรดคาร์บอนิกเมื่อละลายในน้ำช่วยให้ควบคุมความเป็นกรดหรือด่างได้อย่างแม่นยำ ซึ่งจำเป็นในภาคส่วนต่างๆ เช่น การบำบัดน้ำเสีย การผลิตเยื่อและกระดาษ และการผลิตสิ่งทอ
บทบาทของ CO2 ในการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
คาร์บอนไดออกไซด์เป็น “ก๊าซเรือนกระจก” ซึ่งหมายความว่ามันกักเก็บความร้อนไว้ในชั้นบรรยากาศของโลก แม้ว่าผลกระทบนี้จะเป็นธรรมชาติและจำเป็นต่อการรักษาความอบอุ่นให้กับโลกของเรา แต่การมี CO2 มากเกินไปจะนำไปสู่ภาวะโลกร้อน ตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรม ระดับ CO2 เพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้อุณหภูมิเฉลี่ยของโลกเพิ่มสูงขึ้นและส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ เช่น พายุที่รุนแรงขึ้น ธารน้ำแข็งละลาย และระดับน้ำทะเลสูงขึ้น
