När det gäller miljön, koldioxid är förmodligen folkfiende nummer ett. Detta gör det desto mer ironiskt att Storbritannien för närvarande lider av en brist på gas, som experter varnar för kommer att påverka en mängd olika branscher, framför allt mat och dryck.

I rätt inställning, CO₂ är en extremt användbar gas. När det läggs till drycker får det brus. Fånga den i högtrycksbubblor i godis och du får poppigt godis. Tryck ihop den i en cylinder och du har en brandsläckare. Frys in det och du producerar torris som används för att hålla medicinskt material (inklusive covid-vacciner) kylt under transport.

De mikrobiella organismerna som får mat att förgås behöver syre för att överleva, så förpacka salladsblad med CO₂, inte syre, håller dem fräscha. Under tiden, inom köttindustrin, höga koncentrationer av gasen används för att ersätta syre i luften som djuren andas, gör dem medvetslösa innan de slaktas.

Med tanke på vårt behov av CO₂ i ett område, och överskottet av det i en annan, den uppenbara frågan är:varför drar vi inte bara ut koldioxid ur luften? Det enkla svaret är att trots dess skadliga inverkan, det finns relativt lite koldioxid i luften. Även om vi har 50 % mer av det i luften än före den industriella revolutionen, CO₂ utgör fortfarande bara 0,04 % av luftinnehållet.

Detta gör CO₂ extremt svårt att "hitta" och sedan ta bort från luften. Det pågår mycket arbete för att fånga upp gasen från luften, i syfte att motverka CO₂-utsläpp, men för närvarande är detta inte en livskraftig gaskälla för industrin.

Istället, den huvudsakliga källan till CO₂ för industriell användning är från produktion av kvävebaserade gödselmedel, som producerar CO₂ som en biprodukt. Och med gödningsmedelsproduktionen på is i Storbritannien på grund av det skyhöga priset på gas, som används flitigt i konstgödselanläggningar, den negativa effekten är en brist på CO₂. Så för att förklara den nuvarande CO₂-bristen, vi måste verkligen titta på hur kvävebaserade gödselmedel tillverkas.

Fångar upp kväve

Kväve spelar en avgörande roll i biokemin hos varje levande varelse. Det är också den vanligaste gasen i vår atmosfär. Men kvävgas är till stor del inert, vilket innebär att växter och djur inte kan utvinna det från luften. Följaktligen, en stor begränsande faktor inom jordbruket har alltid varit tillgången på kväve.

1910, de tyska kemisterna Fritz Haber och Carl Bosch ändrade allt detta när de kombinerade kväve och väte till ammoniak. Detta kan i sin tur användas som gödselmedel, så småningom filtrera upp näringskedjan till oss.

I dag, cirka 80 % av kvävet i våra kroppar kommer från Haber-Bosch-processen, vilket gör denna enda kemiska reaktion förmodligen den viktigaste faktorn i befolkningsexplosionen under de senaste 100 åren.

Cirka 78 % av vår atmosfär är kväve, så att hitta denna ingrediens för Haber-Bosch-processen är lätt. Men den andra komponenten, vätgas, är inte så lättillgänglig. Det finns gott om väte, mest uppenbart som H i H2O och CH4 (metan), men att bryta bindningarna mellan väte och syre i vatten eller kol i metan kräver en enorm mängd energi.

Det huvudsakliga sättet att producera det för närvarande är genom en process som kallas metanångreformering. Detta fungerar genom att börja med naturgas – som blir mycket dyrare i Storbritannien – och sedan värma upp den till cirka 1, 000 ℃ i närvaro av vatten. Slutprodukterna är vätgas (H₂) och CO₂.

Dessa är åtskilda för sina respektive användningsområden. Tyvärr, mängden CO₂ som produceras av konstgödselindustrin överstiger vida den mängd som behövs av andra industrier. Så de flesta konstgödselväxter bryr sig inte om att fånga det.

De fossila bränslena som används vid tillverkning av gödselmedel och den CO₂ som den skapar som en biprodukt gör den särskilt ovänlig mot miljön. Därför är en stor del av avkarboniseringsagendan att producera rent väte för användning i gödningsmedel och bränsle. Ett av de enklaste sätten att uppnå detta är genom elektrolys av vatten, använda rena elkällor.

Under tiden, allt eftersom koldioxidavskiljningsteknik utvecklas, vi kan se koldioxid extraheras direkt från luften för användning i industriella processer. Men det är en långsiktig lösning, och så kommer inte att hjälpa någon gång snart.

Men det finns alternativ till CO₂ som kan hjälpa i ett nafs. Den mest uppenbara är kvävgas, som kan användas på samma sätt som CO₂ för att bevara mat eller bedöva djur. Likaså, eftersom ingenting brinner i kväve, den kan användas för att dämpa bränder – precis som CO₂-brandsläckare.

Den brittiska regeringen har fört krissamtal med den amerikanska ägaren av två av Storbritanniens största kvävegödselfabriker, båda för närvarande inaktiva. Kanske kommer övertalning att se dem elda tillbaka till livet. Men CO₂-bristen har ändå avslöjat de komplexa kemiska leveranskedjorna som vi är beroende av för våra kolsyrade drycker och förpackade sallader.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.