Nová důmyslná molekula recykluje oxid uhličitý z atmosféry jako divá

19. března 2017 | Rubrika: Co bychom měli vědět o vodě , Prevence povodní, voda v krajině

kouř komín Public Domain osel

Bylo by skvělé, kdybychom uměli snadno, rychle a levně udělat z oxidu uhličitého oxid uhelnatý. Jak přitom připomíná populárně-vědecký server osel.cz., oxid uhelnatý je sice jedovatý, ale zároveň je to uhlíkově neutrální palivo a surovina pro chemický průmysl.

Není to tak dávno, co oxid uhličitý byl vcelku obyčejný plyn, v podobě suchého ledu vlastně dost zábavný. Teď je ale vztah oxidu uhličitého k lidstvu osudový. Na jedné straně ho potřebují rostliny a skleníkovým efektem udržuje tuhle planetu příjemně obyvatelnou, zároveň ho ale lidé produkují ve velkém množství a hrozí se toho, že vytvoří až příliš horký skleník. Proto by nebylo špatné mít k dispozici technologie, s nimiž by bylo možné oxid uhličitý podle potřeby z atmosféry odebírat a recyklovat jako něco užitečného.

Tým chemiků, který vedl Liang-shi Li z Univerzity v Indianě, vynalezl molekulu, která využívá energii slunečního záření nebo elektřiny, a s její pomocí přemění molekuly oxidu uhličitého na oxid uhelnatý. A dokáže to efektivněji a účinněji, nežli jiné procedury. Oxid uhelnatý je sice nebezpečný plyn, může být ale využit jako palivo nebo surovina pro chemický průmysl. Je obsažen ve svítiplynu, generátorovém plynu i ve vodním plynu. S oxidem uhelnatým je skvělé to, že je jako palivo uhlíkově neutrální. Jeho spálením se vrátí tolik uhlíku, kolik se z ní předtím odebrali. Studii nedávno uveřejnil časopis Journal of the American Chemical Society.

Přeměna oxidu uhličitého na oxid uhelnatý by podle řady klimatologů, mohla sehrát zásadní roli ve vyladění klimatu tak, aby nás neohrožoval extrémy. Podle autorů studie teď jde o to, abychom našli dostatečně účinný a efektivní katalyzátor, který reakci zvládne natolik dobře, že bude ekonomicky smysluplná. Li a spol. teď důrazně vykročili tímto směrem. Oxid uhelnatý s kyslíkem krásně shoří za vzniku oxidu uhličitého a uvolnění značného množství energie. K přeměně oxidu uhličitého zpět na oxid uhelnatý je tudíž nutné dodat přinejmenším stejné množství energie. Vědci se teď snaží vymyslet technologie, s nimiž by potřebnou energii co nejvíce snížili.

Li a jeho kolegové teď právě v tomhle dosáhli rekordu. Jejich molekula potřebuje k přeměně oxidu uhličitého na oxid uhelnatý zatím nejmenší množství energie. Vytvořili ji z nanografenu, tedy nepatrného kousku grafenu, které spojili bipyridinem s atomem rhenia (Re). Tahle komplexní molekula umí s oxidem uhličitým zázraky. Tajemství úspěchu molekuly tkví především v nanografenu. Funguje totiž jako anténa, díky níž je nová molekula schopná absorbovat elektromagnetické záření od krátkých vlnových délek ultrafialového záření až po viditelné světlo o vlnové délce kolem 600 nanometrů.

Když nanografen hraje v komplexu roli antény shromažďující energii, tak atom rhenia funguje jako motor katalyzátoru. Právě on zařídí, že se z jinak dost stabilní molekuly oxidu uhličitého stane oxid uhelnatý. Anténa z nanografenu posílá k atomu rhenia elektrony a reakce může jet na plný plyn. Li tohle všechno vymyslel, když vyvíjel účinnější solární články z materiálu založeného na uhlíku. Došlo mu, že solární článek vlastně nepotřebuje, když může smontovat anténu a výkonné reakční centrum do jediné molekuly.
Vědci pracují na nové molekule dál. Snaží se, aby přeměňovala oxid uhličitý na oxid uhelnatý ještě výkonněji, a také aby byla odolnější. Zatím totiž funguje v kapalné formě. Pevné katalyzátory jsou přitom praktičtější. Li a spol. rovněž zamýšlejí nahradit rhenium, tedy poměrně vzácný prvek, v této molekule manganem (Mn). Ten je rozhodně dostupnější a hlavně lacinější.

Zdroj: www.osel.cz, primární zdroj: Indiana University Bloomington 8. 3. 2017, Journal of the American Chemical Society online 8. 3. 2017, ilustrační foto: CC0 Public Domain

 

Související rubriky: Co bychom měli vědět o vodě, Prevence povodní, voda v krajině, Statistiky a kauzy