Što povezuje zaljev Minamata s Kaštelanskim zaljevom? Što povezuje taj po trovanju živom svima poznat zaljev u Japanu s industrijskom zonom nedaleko Splita? Povezuje ih jedna jednostavna kemijska reakcija, CaO + 3C → CaC₂ + CO, reakcija koja je činila temelj organsko-kemijske industrije 19. i 20. stoljeća. No da budem manje tajnovit (a i da čitatelja ne zaplićem previše u kemijske formule), reći ću da je CaO živo vapno, koje se dobiva žarenjem („pečenjem“) vapnenca, dok je C ugljik u obliku koksa. Kada se to dvoje spoji u električnoj lučnoj peći, dobiva se kalcijev karbid, CaC₂, popularni „karbit“ koji u reakciji s vodom daje acetilen (etin), C₂H₂. Kada se acetilen spoji s klorovodikom, HCl, dobiva se vinil-klorid (u tvornici Jugovinil u Kaštel Sućurcu), a kada se spoji s vodom nastaje acetaldehid (etanal), a od njega sve što treba – od octene kiseline do umjetne gume. Za tu posljednju reakciju treba imati katalizator, i to katalizator na bazi žive – što je dovelo do masovnog trovanja u zaljevu Minamata u kojem se nalazila tvornica kalcijeva karbida, baš kao što se takva tvornica nalazila nedaleko Kaštelanskog zaljeva, na Dugom Ratu pokraj Omiša.

Sve u svemu, savršena tehnologija – ali za prošlo stoljeće. Problem su dakako sirovine, jer treba imati vapnenca (iz obližnjeg kamenoloma) za proizvodnju živog vapna, a i ugljena, koksa koji se doprema brodovima (zato su tvornice na Dugom Ratu i u zaljevu Minamata bile sagrađene uz obalu). No to je, kao što rekoh, tehnologija 20. stoljeća. Danas izvor ugljika ne smije biti ugljen. Koji izvor umjesto njega? Najbolji bi izvor bio ugljikov dioksid – ali to ne bi išlo jer CO₂ u reakciji sa CaO daje kalcijev karbonat, CaCO₃, a ne kalcijev karbid, CaC₂. Nemoguća reakcija!

Tako sam i ja mislio sve dok nisam pročitao članak japanskih znanstvenika „New route of acetylene synthesis via electrochemical formation of metal carbides from CO₂ in chloride melts“ objavljen u časopisu Američkog kemijskog društva (ACS) Sustainable Chemistry and Engineering. Oni su postigli „nemoguće“: spojiti ugljikov dioksid s kalcijevim oksidom u kalcijev karbid. „Čarobni štapić“ u njihovom slučaju bila je električna struja, uspjeli su naime izvesti tu reakciju elektrolizom taline.

Taline čega? Nezgodno je što se kalcijev oksid tali tek pri 2570 ^oC, na temperaturi mnogo višoj od tališta željeza (1200 – 1300 ^oC). No oni su ga uspjeli rastaliti već na temperaturi od 450  – 550 ^oC. Kako?

Rješenje je u smjesi klorida (natrijeva, kalijeva, kalcijeva i litijeva) koja se tali na tim temperaturama, dok se kalcijev oksid u talini samo otapa. No to je samo jedna tajna novog postupka. Najvažnija je reakcija na katodi (CO₂ + 4e^- → C + 2O^2-) pri čemu nastaje ugljik, C. On se međutim ne spaja izravno s kalcijem, nego se reducira u ione C₂^2- (2C + 2e^- → C₂^2-) koji se potom spajaju s kalcijevim ionima (Ca²⁺), koji se nalaze u talini, u kalcijev karbid, CaC₂. Na anodi pak nastaje kisik (2O^2-  → O₂ + 4e^-) koji izlazi iz taline. To bi bila kemija.

Drugo bi bila kemijska tehnologija. Ako se u smjesi natrijeva, kalijeva i kalcijeva klorida otopi kalcijev oksid, dobije se, istina, kalcijev karbid (koji u naknadnoj reakciji s vodom daje acetilen), no uz iskorištenje od samo 34 %. Ali ako se talini doda 7 % kalcijeva karbida, iskorištenje postaje dva puta veće – 68 %. Razlog tomu je, kažu, što kalcijev karbid sprječava da se karbidi izlučeni na katodi otope u talini. Treba još spomenuti smjesu litijeva, kalijeva i kalcijeva klorida (u kojoj je također otopljen CaO) koje ima za stotinu stupnjeva niže talište (450 ^oC) od prve smjese, a usto u njoj nastaje i litijev karbid, Li₂C₂, koji također u reakciji s vodom daje acetilen.

Tehnološki se postupak, kažu autori članka, može sasvim zatvoriti, ako se kalcijev hidroksid, Ca(OH)₂, koji nastaje pri proizvodnji acetilena, prevede žarenjem u kalcijev oksid. Sve u svemu, riječ je o solidnoj osnovi za buduću zelenu tehnologiju, zaista zelenu, jer sve što za nju treba je Sunce (za električnu energiju) i zrak – za ugljikov dioksid.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 15 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su „Kemija – muza arhitekture“ (u koautorstvu sa Zvonkom Pađanom) i „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.