Sciencemag.cz
Doporučujeme
Haber-Boschova metoda výroby amoniaku se používá už více než 100 let, nicméně tato forma přímé katalyzované syntézy obou prvků vyžaduje vysoké teploty a tlaky (400–600 ºC, 100–200 atmosfér), což je náročné především na spotřebu energie; uvádí se, že 1–2 % světové spotřeby energie míří právě na syntézu čpavku. Na syntéze dusíkatých hnojiv je zemědělství plně závislé; uvádí se např., že Haber-Boschův objev vůbec umožnil vést Německu tak dlouho první světovou válku i přes britskou blokádu dovozu hnojiv.
Z tohoto důvodu existuje celá řada dalších postupů, částečně inspirovaných i tím, jak fixaci dusíku dokáží za pokojové teploty provádět některé bakterie. Nicméně, obvykle to dopadne tak, že navržená syntéza je publikována, možná i patentována, a dále o metodě nikdo neslyší, v praxi se neuplatní. Proto i k následující metodě se asi vyplatí přistupovat s jistou skepsí.
Na Tokijské univerzitě nyní navrhli syntézu SWAP (Samarium-Water Ammonia Production). Yoshiaki Nishibayashi s kolegy začali studiem toho, jak funguje enzym nitrogenáza pro fixaci dusíku. Dále připravili katalyzátor, který podobně jako nitrogenáza obsahuje molybden (nitrogenáza má v sobě navíc ještě železo). Při syntéze amoniaku za pokojové teploty, kdy molekulu dusíku fixovala nikoliv samotná molekula vodíku, ale kationt H+ v roztoku, dosáhli autoři výzkumu vysoké rychlosti, navíc už v první obrátce reakce docílili účinnosti přeměny 90 %. Pro srovnání, Haber-Boschův způsob dosahuje jen asi 10 %, proto je třeba provést cyklů několik. Nově navržená reakce má být navíc proveditelná v běžné laboratoři a ani průmyslová výroba by neměla vyžadovat příliš náročné investice do provozních systémů. Hnojiva by tedy mohly vyrábět i menší firmy, nebo třeba i samotní zemědělci místně.
V redoxní reakci se uplatňuje jako klíčové součást (zdroj elektronů) jodid samarnatý SmI2. Samarium jako lanthanoid je poměrně drahé (používá se např. pro výrobu magnetů, které se takto ale prodražují). Podle autorů nové metody by nicméně mělo jít poté elektrochemicky přeměnit zase na původní formu a recyklovat pro další kolo reakce.
Výjimečná na navrženém postupu má být především kombinace vodíkových kationtů se speciálním molybdenovým katalyzátorem.
Yuya Ashida, Kazuya Arashiba, Kazunari Nakajima, Yoshiaki Nishibayashi. Molybdenum-catalysed ammonia production with samarium diiodide and alcohols or water. Nature, 2019; 568 (7753): 536 DOI: 10.1038/s41586-019-1134-2
Zdroj: ScienceDaily a další
Poznámka PH: Enzym nitrogenáza je funkční pouze v prostředí bez kyslíku, což komplikuje přenositelnost reakce do průmyslových provozů. V tiskové zprávě výše (University of Tokyo) se o otravě molybdenového katalyzátoru kyslíkem neuvádí nic.
