Vedci vylepšili reakciu, ktorá premieňa dva škodlivé skleníkové plyny na užitočnú látku, ktorú používame na celom svete
Výskumníci vylepšili chemickú reakciu, ktorá používa metán a oxid uhličitý na to, aby vytvorila cennú látku pre veľa rôznych procesov.
Výskumníci z Oak Ridge National Laboratory objavili lepší katalyzátor pre chemickú reakciu, ktorá dokáže pretvoriť dva znečisťujúce skleníkové plyny na čistejšie palivá a ďalšie užitočné suroviny.
O tejto reakcii vedeli výskumníci už dlhú dobu, no problémom až donedávna bolo to, že vysoké teploty, ktoré reakcia vyžaduje, zároveň deaktivujú katalyzátor kľúčový pre tento proces. V novej štúdii sa ale výskumníkom podarilo nájsť spôsob, ako zabrániť deaktivácii tohto dôležitého katalyzátora.
Reakcia, ktorú sa výskumníkom podarilo vylepšiť, sa nazýva suchá reformácia metánu. Pomocou reakcie dokážu pretvoriť metán a oxid uhličitý, dva potentné skleníkové plyny, na takzvaný syngas, alebo syntézny plyn. Ide o zmiešaninu vodíka a oxidu uhoľnatého. Syngas používajú ropné a chemické spoločnosti po celom svete.
“Syngas je dôležitý, pretože ide o platformu pre výrobu množstva chemických látok, ktoré sa masovo spotrebúvajú,” tvrdí Felipe Polo-Garzon, jeden z vedúcich nového výskumu.
Z dvoch skleníkových plynov dôležitá látka
Vylepšenie katalyzátora, ktorý poháňa reakciu na výrobu syngasu môže mať obrovský dopad na svetový energetický priemysel. Reakcia môže viesť k výrobe väčšieho množstva čistejších palív, no aj iných dôležitých chemických surovín. V krajinách bez ropných zásob je syngas mimoriadne dôležitý pri výrobe dieselových a benzínových palív. Vodík môžu výskumníci použiť na výrobu čistého paliva alebo pri výrobe hnojív.
Zo syngasu sa zároveň môže vyrobiť aj metanol, ktorý používame pri výrobe plastov, syntetických látok alebo farmaceutických produktov. Metanol je zároveň dobrým prenášačom vodíka, ktorého transport nie je práve najbezpečnejší. Metanol je najjednoduchší alkohol a obsahuje najväčší pomer vodíka k uhlíku. Vďaka tomu ho možno bezpečne transportovať a na mieste z neho získať vodík.
Neprehliadni
“Suchá reformácia metánu je reakcia, ktorá pre nás znie atraktívne z niekoľkých dôvodov. Hlavne nám ale pomáha pretvoriť dva škodlivé skleníkové plyny na cennú zmes. Túto reakciu sme poznali už celé desaťročia, no najväčším problémom bola rýchla deaktivácia katalyzátorov, ktoré potrebujeme na vykonanie reakcie,” vysvetľuje Polo-Garzon.
Práve kvôli rýchlej deaktivácii kriticky dôležitých katalyzátorov išlo o reakciu, ktorá nebola výhodná pri priemyselnom uplatnení. Aby sme dosiahli uspokojivý výsledok, reakcia musí prebehnúť pri teplote 650 stupňov Celzia. Keď ale výskumníci dosiahnu túto teplotu, katalyzátory prechádzajú dvoma deaktivačnými procesmi.
Katalyzátory fungujú tak, že poskytujú veľkú povrchovú oblasť pre reakcie. Atómy kovu, napríklad niklu, majú elektronické vlastnosti, ktoré im dovoľujú dočasne viazať reagujúce látky. To v praxi znamená jednoduchšie vytváranie a lámanie chemických väzieb. Počas prvého deaktivačného procesu sa ale častice niklu začnú zhlukovať, čo znižuje povrch vhodný pre reakcie. Druhým procesom je tvorba koksu, ktorý udusí katalyzátor.
Vedci hľadajú spôsob ako zlepšiť reakciu
Dnes sa najčastejšie syngas vyrába pomocou parnej reformácie metánu. Tento proces potrebuje obrovské množstvo vody a tepla. Zároveň počas tohto procesu vzniká oxid uhličitý. Suchá reformácia metánu nepotrebuje vodu a k tomu aj spotrebúva oxid uhličitý a metán.
Nový vylepšený katalyzátor sa nazýva zeolit a obsahuje kremík, hliník, kyslík a nikel. Podporná štruktúra zeolitu stabilizuje aktívne miesta kovu. Autori štúdie opisujú zeolit ako materiál s pieskovou kompozíciou. Narozdiel od piesku sa ale vyznačuje špongiovitou štruktúrou plnou drobných pórov. Tie majú priemer len približne 0,6 nanometrov.
V ďalších krokoch práce sa výskumníci pokúsia vyvinúť aj iné formulácie pre katalyzátory. Vylepšením katalyzátora môžu dosiahnuť pri reakcii ešte pozitívnejšie výsledky. Ako vysvetľujú autori štúdie, cieľom práce nie je len vytvorenie jedného katalyzátora. Chcú navrhnúť sadu dizajnových princípov, ktoré by stabilizovali katalyzátory pre celú škálu priemyselných procesov. Vďaka tomuto prístupu sa výskumníci nedostanú do slepej ulice, no naopak, otvárajú dvere k ďalším výskumom a experimentom, ktoré by mohli viesť k ešte lepším výsledkom.
