Nie wyobrażam sobie świata bez węgla, natomiast widzę przyszłość, w której nie bazuje się na paliwach kopalnych – mówi prof. Joanna Kargul z Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego w wywiadzie udzielonym w ramach cyklu „Nauka przez duże K”, w którym na badania i naukę spoglądamy kobiecym okiem.
Prof. Joanna Kargul z Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego, jako jedyna z Polski, została w styczniu laureatką konkursu sieci Solar-driven Chemistry. Kierowany przez nią projekt SUNCOCAT, realizowany we współpracy z partnerami z Francji, Niemiec i Turcji, ma na celu znaczące podniesienie wydajności procesu konwersji dwutlenku węgla w inne substancje chemiczne. Z badaczką rozmawia Aneta Zawadzka.
Wyobraża sobie pani świat bez węgla?
To dość przewrotne pytanie. Wiadomo bowiem, że węgiel stanowi podstawę wszelkiej egzystencji na Ziemi i bez niego po prostu nie ma życia. Jest elementem wszelkich struktur, nie tylko chemicznych, ale także biologicznych. Problem polega na tym, że jeżeli w atmosferze zbierze się zbyt dużo węgla w postaci gazu cieplarnianego CO2, będącego produktem używanych przez ludzi technologii, dochodzi do niekorzystnych procesów. Powodują one uszczuplanie zasobów naturalnych naszej planety oraz zmiany klimatyczne o potencjalnie katastrofalnym wpływie na cywilizację i globalną biosferę.
Czyli wszystko byłoby świetnie, gdyby nie działalność człowieka.
No właśnie, bo my tak beztrosko używamy paliw kopalnych, nie zdając sobie sprawy z konsekwencji takiego postępowania. Wracając do pani pytania, nie wyobrażam sobie świata bez węgla, natomiast widzę przyszłość, w której nie bazuje się na paliwach kopalnych.
To piękna wizja, ale czy faktycznie realna?
Przede wszystkim konieczna. Przecież nie można pogodzić się takim stanem rzeczy, który zakłada, że ludzkość nie przetrwa, a to właśnie jej grozi, jeśli nie zejdzie z obecnej drogi.
W pani głosie słychać wiele determinacji.
Dlatego, że jestem absolutnie przekonana, że nie tylko musimy, ale także jesteśmy w stanie coś zrobić.
I nie poprzestaje pani na słowach. Zamiast siedzieć i się zamartwiać podejmuje pani konkretne działania.
Myślę, że na tym polega rola naukowca: na znajdowaniu rozwiązań. I temu właśnie się oddajemy w Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego. Naszą domeną są fundamentalne procesy konwersji energii, zarówno te naturalne, jak i inspirowane przez naturalną fotosyntezę, czyli tak zwane ogniwa paliwowe, które są w stanie absorbować energię słoneczną i przetwarzać ją w energię chemiczną czy też elektrochemiczną. Kilka lat temu podjęłam osobistą decyzję, że zrobię wszystko, używając oczywiście do tego wiedzy, którą zyskuję w wyniku prowadzonych badań, by doprowadzić do kompletnej zmiany paradygmatu istniejącego w naszych gospodarkach.
Dlaczego to takie ważne?
Dlatego, że jest on po prostu bardzo szkodliwy. Zależało mi na tym, żeby pokazać, że nie jesteśmy na niego skazani, że istnieją możliwości stworzenia instalacji bazujących na zupełnie nowych i zrównoważonych technologiach i minimalnym śladzie węglowym. Co ważne, udało mi się zaangażować w te nowe inicjatywy przemysł.
I w ten sposób nauka zyskała aspekt praktyczny.
No właśnie. Okazało się, że przemysł jest zainteresowany możliwościami wytworzenia paliwa, które nie bazuje na surowcach kopalnych.
A na czym?
Chociażby na dwutlenku węgla. Proszę zwrócić uwagę na to, jakie to jest fascynujące. Oto związek chemiczny, który stanowi obecnie jeden z największych problemów ludzkości, przestaje nim być, zamieniając się w cenny surowiec do tworzenia paliw syntetycznych.
Takie CO2 à rebours.
Dobrze to pani ujęła. Mam sporą satysfakcję, że zaproponowana przez mnie strategia się sprawdza, o czym świadczy fakt, że już w tej chwili większość wielkich firm, wliczając w to koncerny paliwowe, jest aktywnie zaangażowana w przyspieszanie gotowości technologicznej procesów, które jeszcze kilka lat temu były na dosyć niskim poziomie gotowości technologicznej. Obecnie wkraczamy już w etap wdrożenia nowoczesnych rozwiązań na szerszą skalę, natomiast oczywiście to jeszcze nie jest ten moment, by można było mówić o całkowitym zastąpieniu paliw kopalnych. Ale jesteśmy na dobrej drodze.
Z pomocą przyjdzie alga do zadań specjalnych, którą państwo wyhodowali w laboratorium?
Wierzę, że tak.
Czemu akurat ona?
Bo jest to rodzaj algi ekstremofilnej pochodzenia wulkanicznego, będący w stanie żyć w warunkach, w których inne organizmy umierają. Potrafi dobrze funkcjonować metabolicznie przy pH bliskim zeru, czyli w silnie zakwaszonym środowisku. Ponadto świetnie prosperuje w obecności metali ciężkich i to w stężeniach zabójczych dla prawie wszelkich form życia.
Prawdziwa siłaczka.
O tak, bez wątpienia. Badam ją, bo chcę zrozumieć, w jaki sposób fundamentalny proces fotosyntezy może świetnie prosperować w tak ekstremalnych warunkach. Zastanawiam się, jakie są molekularne komponenty tego procesu i jak zmieniają się szlaki metaboliczne w tego rodzaju algach, umożliwiając im świetne egzystowanie w skrajnie trudnych warunkach środowiskowych. To, co jest istotne to fakt, że z takich ekstremofili możemy wyizolować bardzo istotne enzymy, które mają zastosowanie biotechnologiczne. Dodatkowo z uwagi na to, że cała ich struktura komórkowa zmienia się, szczególnie jeżeli chodzi na przykład o skład lipidowy, to ma to kolosalne znaczenie dla zastosowania biomasy z owych alg do wytwarzania biopaliw.
I tu już pojawia się konkret.
Rzeczywiście. Na dziś jesteśmy bowiem w stanie uzyskać duże ilości konkretnych lipidów, które mają duże znaczenie dla stworzenia chociażby biodiesla. To jednak nie wszystko. Algi, nad którymi pracujemy wykazują jeszcze jedną unikatową cechę. Nie mają mianowicie ściany komórkowej, a to w znaczący sposób usprawnia ekstrakcję produktów o podwyższonej wartości, które one w sobie syntezują. Dzięki temu cały proces biotechnologiczny staje się bardziej ekonomiczny, czyli tańszy i bardziej wydajny energetycznie.
Co to oznacza?
Tyle, że nasza alga do zadań specjalnych może przydać się nie tylko do produkcji biopaliw, ale również do wytworzenia różnych białek o podwyższonej stabilności, łącznie z tymi, które mogą posłużyć jako szczepionki przeciwko różnym wirusom.
Nieźle ją wyćwiczyliście.
Trochę jej pomogliśmy w przystosowaniu dokonując tak zwanej ukierunkowanej ewolucji w laboratorium (ang. directed evolution) umożliwiającej wyizolowanie komórek o zmienionym materiale genetycznym, które są lepiej przystosowane do życia w warunkach sztucznie przez nas stworzonych specjalnie dla naszej algi. Dzięki temu ona już teraz świetnie prosperuje także w neutralnym pH, nie tracąc przy tym specjalnych właściwości metabolicznych, takich jak chociażby skład lipidowy, który jest korzystny dla wytwarzania biopaliw, czy aktywność kluczowych enzymów o zastosowaniu biotechnologicznym, o czym już wspominałam.
Bez nauki ludzkość nie ma szansy, by przetrwać. Badania jednak wymagają ogromnych nakładów. Czy z uwagi na to, że działa pani w tak przyszłościowym sektorze łatwiej jest pozyskiwać fundusze?
Jest to ważny temat. Z jednej strony oczywiście nie sposób zaprzeczyć, że określone środki na badania fundamentalne i wdrożeniowe istnieją i że jest ich coraz więcej. Natomiast według mnie powinny one być nie tylko znacznie wyższe kwotowo, ale także bardziej regularnie dostępne. W głównej mierze chodzi o to, by nie były rozdysponowywane w sposób chaotyczny i przypadkowy, w zależności od chociażby panującej w danym momencie koniunktury politycznej. One powinny po prostu być wbudowane w długoterminowy plan rozwojowy gospodarki.
Może byłoby prościej, gdyby naukowcy bardziej wychodzili na zewnątrz, pokazywali, że to, co robią znajduje przełożenie na życie konkretnych jednostek i całych społeczeństw?
Bez wątpienia. Dla mnie, co zawsze podkreślam, najważniejsza jest sprawna komunikacja naszych działań i osiągnięć badawczo-rozwojowych. Mam tu na myśli tworzenie takiego przekazu, który będzie zrozumiały dla różnych odbiorców. Dlatego grupa, z którą pracuję w CeNT UW, składająca się biologów, biochemików, fizjologów, a także elektrochemików i specjalistów od syntezy organicznej, musi opanować umiejętność odpowiedniego prezentowania swoich badań.
Udaje się?
Muszę z satysfakcją powiedzieć, że tak, chociaż nie jest to proste na samym początku.
A co pomaga?
Z pewnością otwartość na nowe pomysły, niekoniecznie konwencjonalne. W naszych seminariach mogą wziąć udział naukowcy z różnych dziedzin. Kiedy zadają konkretne pytania, które są bardzo cenne, gdyż pochodzą od badaczy niebędących w danej dziedzinie specjalistami, zyskujemy możliwość spojrzenia na problem z zupełnie innej perspektywy. Ale nie zamykamy się tylko w murach uczelni. Regularnie wychodzimy na zewnątrz. Organizujemy warsztaty dla każdego, kto jest zainteresowany technologiami konwersji energii słonecznej w paliwa i w chemikalia. Co najmniej dwa razy w roku otwieramy nasze laboratorium dla uczniów i ich rodziców. Wszystko po to, by wszyscy chętni mogli przyjść do nas nie tylko, by popatrzeć na to, co robimy, ale także, by z nami poeksperymentować. Sądzę, że na tym właśnie polega misja prawdziwego badacza, aby zarazić swoją pasją i nie tkwić w „w wieży z kości słoniowej”.
Wydaje się, że nie każdy tak myśli.
Faktycznie, naukowcy często niestety zapominają o tym, że ich zadaniem jest nie tylko eksplorowanie rzeczywistości, ale także prezentowanie wyników przeprowadzonych doświadczeń w sposób przejrzysty i zrozumiały dla różnych grup odbiorców.
Pani działalność nie ogranicza się tylko do rodzimego podwórka.
Na arenie europejskiej jestem zaangażowana w działalność dużego konsorcjum paneuropejskiego SUNERGY. Jego członkami są jedne z największych firm technologicznych, paliwowych i chemicznych, jak również czołowe ośrodki akademickie w Europie. Wszyscy są mocno skupieni na budowaniu dialogu pomiędzy poszczególnymi sektorami gospodarki, nauką akademicką oraz społeczeństwem. Celem SUNERGY jest działanie w obszarze przekształcania i magazynowania energii odnawialnej w paliwach i związkach chemicznych o zerowym śladzie węglowym.
W ramach wspomnianego konsorcjum powstał „Strategiczny plan badawczo-rozwojowy dla odnawialnych paliw i chemikaliów”, którego jest pani główną autorką.
Ten dokument, o dość szumnie brzmiącej nazwie, jest w istocie bardzo ważnym aktem zawierającym zapisy mówiące o koniecznych do wprowadzenia w życie zmianach technologicznych i społecznych, aby zatrzymać zmiany klimatyczne i ich wieloaspektowe konsekwencje dla naszej planety. Najbardziej demokratyczną formą energii dostępną na naszej planecie jest energia słoneczna. Jeśli rozwiniemy technologie wydajnej konwersji energii słonecznej w paliwa i inne chemikalia, tak aby były one atrakcyjne i dla sektora przemysłowego, i dla przeciętnego obywatela, wtedy rozwiążemy jeden z największych współczesnych problemów cywilizacyjnych, tj. prawie całkowitą zależność obecnej gospodarki od paliw kopalnych.
Nie boi się pani, że ów dokument podzieli los wielu jemu podobnych i wyląduje gdzieś zamkniętej szufladzie?
Właśnie tego chcemy uniknąć. To nie ma być po prostu kolejny plan, z którym być może ktoś się zaznajomi, ale niekoniecznie wykorzysta w praktyce. Chodzi o to, by jego elementy stały się rzeczywistością. Dlatego właśnie jest tworzony przez współudziale interesariuszy, zarówno z przemysłu, jak i z ośrodków akademickich oraz konsultowany przez socjologów, którzy zajmują się nim od strony tzw. social acceptance. Chodzi bowiem o akceptację społeczeństwa dla tego rodzaju działań badawczo-rozwojowych, których celem jest wprowadzenie na szeroką skalę technologii magazynowania energii słonecznej w postaci zrównoważonych związków chemicznych o zastosowaniu przemysłowym. Niewątpliwą zaletą naszego planu jest jego ciągła aktualizacja. Ona jest niezbędna z uwagi na fakt, że wciąż mamy do czynienia z coraz lepszymi technologiami i odkryciami, które pozwalają na podwyższenie poziomu gotowości technologicznej konwersji energii słonecznej w paliwa i w chemikalia. Poza tym, dzięki dostępności online każdy może włączyć się w jego aktualizację. Dla nas jest rzeczą niezwykle istotną, by przede wszystkim jego sygnatariusze stosowali go w praktyce w instytucjach i firmach, z których się wywodzą.
Chodzi o to, by nie byli gołosłowni?
Dokładnie. Rzecz w tym, aby sygnatariusze zobowiązali się do wdrożenia owych technologii, gdy osiągną, rzecz jasna, wystarczająco wysoki poziom gotowości technologicznej we własnych organizacjach. Przez najbliższe trzy lata plan będzie konsultowany zarówno z interesariuszami z ośrodków akademickich i przemysłowych, jak również z różnymi organizacjami pozarządowymi. W efekcie tych działań powstać ma dokument atrakcyjny i realny do wdrożenia, mający doprowadzić do całkowitego odejścia od paliw kopalnych i przestawienia się na te odnawialne w konkretnych skalach czasowych.
Czy pani zdaniem osiągnięcie neutralności klimatycznej w Europie do wskazanego w planie 2050 roku jest w ogóle możliwe ?
Powiem wprost – my po prostu nie mamy innego wyboru. Jeżeli tego nie osiągniemy, to konsekwencje socjoekonomiczne będą bardzo poważne. W znaczący sposób zmieni się jakość życia nawet w takim miejscu na naszej planecie, jakim jest Europa.
Dlaczego?
Otóż w przypadku naszego kontynentu mamy do czynienia z pewnym paradoksem. Notując najwyższy poziom dobrobytu, którego zazdroszczą nam obywatele krajów spoza Europy, bazujemy prawie w całości na surowcach pochodzących z innych części świata. Niezbędna jest więc zmiana systemowa i przejście w tryb samowystarczalności. Dlatego też m.in. w naszym strategicznym planie znalazły się zapisy dotyczące konieczności decentralizowania technologii przetwarzania energii słonecznej w paliwa i chemikalia.
A co powiedzieć tym, którzy się boją? Chociażby w Polsce, która przecież na węglu stoi. Jak przekonać ludzi do odejścia od paliw kopalnych?
Proszę pamiętać że nie można budować przyszłości na metodach, które mają swoje korzenie w XIX i XX wieku. Zawsze odpowiadam w ten sposób, że po prostu nowe technologie wyeliminują konieczność opierania gospodarki na węglu jako paliwie.
Niepewny wydaje się więc los tych, którzy dziś pracują w sektorze wydobywczym.
Nie podzielam tego typu obaw. Uważam, że pracownicy, którzy teraz są w nim zatrudnieni, doskonale sobie poradzą w nowych okolicznościach, oczywiście po przejściu odpowiednich szkoleń, nabyciu wykształcenia i zmodyfikowaniu posiadanych umiejętności. Jeżeli natomiast nadal będziemy bazować na paliwach kopalnych, to w dłuższej perspektywie niestety przegramy, bo nie tylko nie poradzimy sobie ze zmianami klimatycznymi, ale również nie przygotujemy przyszłych pokoleń na to, co nieuchronnie nadejdzie.
Ważne tylko, by nie odbyło się to przy zastosowaniu terapii szokowej.
Oczywiście, że tak. Dlatego rzeczą niezwykle istotną jest nieuciekanie od problemu, ale tworzenie już teraz, w sposób racjonalny i wrażliwy na sytuację społeczną, odpowiednich warunków dla rozwoju nowych technologii, umiejętności i zawodów, które, czy tego chcemy, czy nie, zastąpią dawne profesje. Rozumiem, że są to trudne decyzje, ale ich odwlekanie nie przyniesie niczego dobrego.
Trzeba więc przekonywać.
I to nieustannie. Musimy bardzo mocno pracować nad zmianą świadomości społecznej. W tym celu należy ciągle podejmować dialog nie tylko z przemysłem, ale również z konsumentami. To właśnie ich w sposób szczególny trzeba zachęcać do refleksji nad tym, jak atrakcyjna jest perspektywa bycia prosumentem, a więc podmiotem mającym zdolność do wytworzenia energii poza scentralizowaną siecią i nie tylko mam tu na myśli znane każdemu ogniwa fotowoltaiczne.
A co jeszcze?
Chodzi o możliwość zmagazynowania energii w postaci paliwa syntetycznego albo np. nawozów sztucznych. Proszę sobie wyobrazić, jakie korzyści może odnieść rolnik, który będzie potrafił sam je wytworzyć we własnym gospodarstwie, by potem w sposób racjonalny używać ich do hodowania swoich plonów. To wszystko jest możliwe dzięki technologiom polegającym na konwersji bardzo prostych cząsteczek, które mamy w olbrzymiej ilości dostępne na naszej planecie. Mam tu na myśli azot, dwutlenek węgla, a także wodę. Chociaż w przypadku wody musimy być bardzo ostrożni, mając na względzie fakt, że w różnych częściach naszej planety występują duże jej niedobory. Ale już rzecz ma się inaczej, jeśli mówimy o technologiach umożliwiających wychwytywanie pary wodnej z atmosfery czy używanie wody morskiej do procesów technologicznych, tak aby można było wytworzyć na przykład zielony wodór.
A jak wyobraża sobie pani świat w przyszłości, taki, w którym będą wykorzystane wyniki prowadzonych przez panią badań?
To jest bardzo ważne pytanie. W moich marzeniach świat za jakieś dwie, trzy generacje będzie miał wyższy poziom świadomości, jeżeli chodzi o to, w jaki sposób możemy lepiej funkcjonować, by pozostać w zgodzie z naturze. Będzie w nim ponadto obowiązywał znacznie niższy poziom konsumeryzmu.
Czyli jednak bez radykalnej zmiany stylu życia się nie obędzie?
Tego z pewnością nie da się uniknąć. Ale dzięki temu zyskamy zrozumienie podstawowych procesów biologicznych i geologicznych. Poznamy zupełnie inne podejście dotyczące tego, w jaki sposób przetwarzamy energię na naszej planecie w produkty codziennego użytku. Będziemy na przykład bogatsi w wiedzę na temat odmiennych sposobów produkowania tworzyw sztucznych stanowiących podstawę naszej codziennej egzystencji, począwszy od materiałów dla budownictwa, rolnictwa czy tych związanych z transportem. Będziemy wreszcie gotowi, by zaakceptować i wdrożyć na szeroką skalę nowe technologie. Takie, które nie szkodzą, ale pomagają nam egzystować na akceptowalnym poziomie ekonomicznym.
Co za ulga, wygląda na to, że uda nam się zachować trochę wygody.
Pewnie tak, ale, co ważne, obędzie się to bez szkody dla naszej planety. Dla mnie, jako naukowca i jednocześnie obywatela, w tym wszystkim jest najważniejsze, abyśmy uwierzyli, że jako konsumenci mamy naprawdę duży wpływ na to, jaki kształt przybierze nasze jutro.
Rozmawiała Aneta Zawadzka
Cykl „Nauka przez duże K” to kontynuacja wywiadów, które jakiś czas temu zainicjowaliśmy na łamach miesięcznika „Forum Akademickie”. Naszymi rozmówczyniami były już m.in. prof. Bożena Czerny, dr hab. Ewelina Knapska, prof. Ewa Ziemba, dr Martyna Pryszmont czy dr Karolina Ćwiek-Rogalska. Pytamy nie tylko o realizowane przez nie projekty, ale również o ich spojrzenie na systemowe rozwiązania, z którymi jako badaczki muszą się mierzyć. Chcąc wzmocnić ten kobiecy głos w nauce, postanowiliśmy rozszerzyć cykl również o wywiady publikowane w serwisie internetowym FA. Od teraz zatem jeszcze więcej nauki „pisanej przez duże K”!