Vyvinuli katalyzátor, ktorý premení oxid uhličitý na palivo

Celosvetová spotreba fosílnych palív sa od začiatku priemyselnej revolúcie zvýšila takmer 800-násobne, od začiatku dvadsiateho storočia ide o dvanásťnásobný nárast.

To so sebou prináša produkciu obrovských množstiev oxidu uhličitého, CO₂, ktorý svojím skleníkovým efektom prispieva ku globálnemu otepľovaniu.

Alternatívou k fosílnym palivám je vývoj technológií, ktoré by ich dokázali nahradiť. Jednou z veľmi lákavých možností je vyvinúť metódu, ktorá by na výrobu alternatívnych palív používala priamo oxid uhličitý.

Príkladom je takzvaná umelá fotosyntéza. Ide o proces, ktorý by, podobne ako rastliny, pripravil z CO₂ a vody a za súčinnosti svetelného žiarenia cukor.

Podobnému výskumu, ktorého cieľom je príprava vodíka alebo metanolu, sa venuje veľké množstvo výskumných skupín po celom svete. Problémom väčšiny experimentov sú však nízke výťažky produkovaného paliva (nízka efektivita) či privysoká cena.

Prečítajte si

Do konca storočia budú možno New York alebo Benátky neobývateľné, hrozí dvojmetrový nárast hladiny

Problematický CO₂

S novým nápadom, ako pripraviť palivo z oxidu uhličitého, prišli tento mesiac až dve čínske vedecké skupiny naraz. V oboch výskumoch, ktoré vyšli v prestížnych vedeckých žurnáloch Nature Chemistry a Nature Communications, premenili oxid uhličitý na palivo (v tomto prípade organické molekuly obsahujúce 5 až 11 atómov uhlíka).

Premena oxidu uhličitého na organické molekuly predstavuje veľkú výzvu chémie. Prečo? Lebo ide o veľmi stabilnú molekulu, ktorá je málo reaktívna, je plne oxidovaná a aj v prírode predstavuje konečný produkt bunkového spaľovania či horenia.

Na to, aby z neho mohli vzniknúť molekuly dlhšie ako jeden uhlík, potrebujeme dodať pomerne veľké množstvo energie.

Procesy, ktoré by z CO₂ pripravili látky ako metán, metanol či kyselinu mravčiu, sú známe už dlhšie. Produkty týchto reakcií sú však veľmi prchavé, čo so sebou prináša problémy, napríklad s transportom.

Vývoj metód, ktoré by z CO₂ vyrobili priamo zlúčeniny obsahujúce viac ako 5 atómov uhlíka, je preto viac ako žiaduci.

Nápomocný minerál

Jednou z možností je použitie katalýzy. Pri nej dochádza k premene látok pomocou katalyzátora, ktorý sa sám do reakcie nezapája. Obe čínske skupiny použili na premenu oxidu uhličitého na palivo kombináciu rôznych katalyzátorov s minerálom zeolit.

Prvým krokom spracovania oxidu uhličitého je jeho premena na metanol. Skupina pod vedením Yuhana Suna použila na túto reakciu oxid inditý (In₂O₃) a vodík. Prítomnosť vysoko porózneho zeolitu a zvýšená teplota zabezpečili premenu metanolu na uhľovodíky obsahujúce viac ako 5 atómov uhlíka.

Druhá skupina chemikov okolo Jiana Suna využila schopnosť magnetitu (Fe₃O₄) redukovať oxid uhličitý na oxid uhoľnatý (CO). Ten v kombinácii s minerálom zeolitom katalyzoval takzvaný Fisherov-Tropschov proces, ktorého výsledkom sú kvapalné uhľovodíky.

Prečítajte si

Globálne otepľovanie nás pripraví o rannú šálku kávy

Vysoká efektivita

Oba výskumné tímy premenili medzi 13 až 22 percentami oxidu uhličitého. V porovnaní s inými dostupnými procesmi ide o skutočne vysokú efektivitu. Až štyri pätiny vyprodukovaných uhľovodíkov obsahovali minimálne päť atómov uhlíka.

Procesy poskytujú nádej v boji s čoraz vyšším množstvom oxidu uhličitého v ovzduší. Stále však nie sú dokonalé. Napríklad ani jeden z výskumných tímov neponúka alternatívu na výrobu vodíka, ktorý je pre oba spomínané procesy kľúčový.

Aj napriek tomu ide o významný posun vpred. Všetky spôsoby, ktoré zastavujú neustále znečisťovanie životného prostredia, môžu pomôcť spomaliť globálne otepľovanie.

Dostupné z doi: 10.1038/nchem.2794, 10.1038/ncomms15174