Hvað er kolefni?

Kolefni er eitt frumefnanna svokölluðu, rétt eins og vetni, súrefni, blý sem öll eru meðal ríflega 100 frumefna í lotukerfinu. Sætistala kolefnis í lotukerfinu er 6 og þetta efni er einn svokallaðra málmleysingja. Málmleysingjar eru frumefni sem teljast ekki til málma. Þeir geta hvorki leitt rafmagn né hita mjög vel og eru mjög brothættir ólíkt málmunum.

Byggingarefni lífvera

Kolefni er eitt algengasta frumefnið á jörðinni. Það má finna á hreinu eða nánast hreinu formi í demöntum og grafíti. Algengara er það þó bundið í sameindir með öðrum efnum í margvíslegum efnasamböndum. Kolefnissameindir eru til dæmis helsta byggingarefni lífvera og þar með okkar mannanna en þar með að sjálfsögðu allra dýra, plantna, trjáa og svo framvegis. Jarðvegur er líka að miklu leyti kolefni enda byggist hann upp af leifum lífvera. Þá eru helstu gróðurhúsalofttegundir eins og koltvísýringur (CO₂) og metan (CH₄) kolefnissameindir. Svokölluð vetniskolefni, sameindir vetnis og kolefnis, eru líka það sem geymir orkuna í öllu jarðefnaeldsneyti, kolum, olíu og jarðgasi.

Kolefni ekki það sama og CO₂

Þegar rætt er um loftslagsbreytingar er hugtakið „kolefni“ gjarnan notað um þá gróðurhúsalofttegund sem mannkynið losar mest af út í andrúmsloftið, koltvísýring. Það er villandi. Vissulega losnar kolefni út í andrúmsloftið þegar við losum koltvísýring út í andrúmsloftið en það er sameind kolefnis og súrefnis, CO₂, sem veldur gróðurhúsaáhrifum, ekki frumefnið kolefni (C) eitt og sér. Koltvísýringur verður til þegar eitt kolefnisatóm (C) tengist tveimur atómum súrefnis (O) og úr verður CO₂. Rétt eins og þrír legókubbar eru miklu þyngri en einn legókubbur eru atómin þrjú sem mynda CO₂ miklu þyngri en eitt kolefnisatóm (C).

Þessi notkun hugtaksins „kolefnis“ getur valdið ruglingi því að þar með verður óljóst hvað er átt við þegar til dæmis er talað um „tonn af kolefni“. Í loftslagsumræðunni ber oft við að talað sé um tonn af CO₂ sem „tonn af kolefni“. Það er auðvitað rangt því kolefni er innan við þriðjungurinn af þyngd koltvísýrings. Afgangurinn er súrefni. Það er því ekki það sama, tonn af C og tonn af CO₂. (Atómmassi C er 12,0107 g/mól en atómmassi O 15,994 g/mól).

Ljóstillífun

Eins og aðrar plöntur stunda tré ljóstillífun. Með ljóstillífun taka plönturnar koltvísýring (CO₂) úr andrúmsloftinu, nota kolefnisatómin (C) og losa sig við súrefnishlutann (O₂) aftur út í andrúmsloftið. Kolefnisatómin verða þá byggingarefni plantnanna. Trjábolir, greinar og rætur trjánna myndast að verulegu leyti úr kolefni. Orkan sem notuð er til að sundra koltvísýringssameindunum (CO₂) kemur frá sólinni. Ef við brennum viðnum snýst ferlið við, kolefnisatómin bindast aftur súrefni úr loftinu og aftur verður til koltvísýringur (CO). Um leið losnar orkan aftur sem notuð var til að mynda trjáviðinn. Við getum því sagt að tréð hafi geymt sólarorkuna ekki ósvipað því þegar rafhlaða geymir raforku. „Gömul sólarorka“ geymist því í trjáviði svo lengi sem viðurinn endist, rotnar hvorki né brennur.

Kolefnisfótspor eða loftslagsáhrif

En aftur að notkun hugtaksins „kolefni“. Öll þekkjum við hugtakið „kolefnisfótspor“ úr loftslagsumræðunni. Talað er um að þessi eða hin aðgerðin, þessi eða hinn lífsmátinn, þessi eða hinn bíllinn og svo framvegis hafi mismunandi stórt kolefnisfótspor. Með þessu er átt við þá losun kolefnissameinda sem viðkomandi fyrirbrigði hefur í för með sér. Það getur verið koltvísýringur, metan eða aðrar kolefnissameindir sem valda gróðurhúsalofttegundum. Í þessari umræðu er líka algengt að heyra talað um „kolefnistonn“ sem getur þá verið blanda af þeim kolefnissameindum sem valda gróðurhúsaáhrifum. Til að losna við þennan vanda hefur verið notað hugtakið koltvísýringsígildi (CO₂-ígildi). Þá er „blandan“ tekin og reiknað út hvert kolefnismagnið væri ef í henni væri eingöngu koltvísýringur. Til einföldunar er líka hægt að tala einfaldlega um „loftslagsáhrif“. Það hugtak veldur a.m.k. ekki ruglingi á frumefninu kolefni (C) og sameindum sem myndaðar eru úr kolefni og öðrum frumefnum, en vissulega segir þetta síðastnefnda hugtak ekkert til um magn.

Kolefnishringrásin

Loks er vert að minnast stuttlega á svokallaða kolefnishringrás. Lífið á jörðinni byggist upp á hringrásum. Hringrásir þekkjum við líka úr daglegu lífi okkar, til dæmis þegar við flokkum sorp og sorpið er sent til endurvinnslu. Plastflöskur sem við skilum geta borist okkur aftur sem flíspeysa eða dagblað sem salernispappír eða pappakassi svo nokkuð sé nefnt. Það sama gildir um kolefnið í náttúrunni. Lífvera sem nærist á annarri lífveru nýtir sér kolefnið úr henni til vaxtar og lífs. Þegar lífveran deyr endurnýta örverur kolefnið úr henni og koma henni út í hringrásina. Kolefnið getur komið við í jarðvegi, rotnað þar, borist upp í andrúmsloftið sem CO₂ þar sem tré grípur það og notar til viðarvaxtar með ljóstillífun eins og lýst var hér að framan. Líkt og vatnsdropinn sem veit aldrei hvar hann lendir næst er kolefnisatómið í stöðugri óvissuferð í ríki náttúrunnar.

• Um kolefni á íslenska Wikipedia-vefnum
• Það helsta um kolefni á Vísindavef Háskóla Íslands