(c) Graphicstock

Mechanochemie: čpavek se na železe dá i utlouct

Místo teploty a tlaku můžeme prý při syntéze amoniaku postupovat podobně jako při výrobě másla. Chemickou reakci „utlučeme“.

Zvládnout syntézu amoniaku z dusíku a vodíku za méně extrémních podmínek – tj. nižších tlaků a teplot – než při klasickém Haber-Boschově procesu je cílem chemiků už více než století. Klasický postup funguje, ale vše prodražuje; odhaduje se, že na tuto syntézu připadá asi 2 % celosvětové spotřeby energie. Bez toho se ale vzhledem k závislosti zemědělství na dusíkatých hnojivech prostě neobejdeme. Neochota molekulárního dusíku vstupovat do reakcí znamená velkou překážku chemických syntéz (nechat reagovat dusík s kyslíkem je ve srovnání s výrobou čpavku ještě obtížnější, vyžaduje to reakční podmínky typu blesků).
Když zapojení molekuly dusíku do amonného iontu zvládají některé bakterie za pomoci svých enzymů, proč se nám studená syntéza nedaří rovněž? Je to trochu s podivem: navrhuje se celá řada nových katalyzátorů i dalších fíglů, ale zatím se žádný nově navržený postup neukázal být použitelný (ekonomicky konkurenceschopný) v průmyslovém měřítku.
Viz také: Výroba amoniaku syntézou při pokojové teplotě
(zde jde o snahu využít po vzoru bakterií enzymu nitrogenázy)

Nově navržený postup jako zázrakem funguje při 45 °C a za atmosférického tlaku. Na jihokorejském Ulsan National Institute of Science and Technolog použili katalyzátor na bázi železa, ovšem se speciální mechanickou úpravou. Během reakce se železné částice de facto melou. Prudké nárazy vytvářejí v částečkách železa defekty, aktivní místa, na nichž dochází k disociaci molekuly dusíku. To je klíčový krok celého procesu. Jakmile vzniknou komplexy železa s dusíkem, mohou již reagovat s vodíkem přiváděným do reaktoru. Současné další mechanické nárazy pak vedou k tomu, že se vznikající čpavek od katalyzátoru oddělí.
Metoda byla prozatím vyzkoušena v malém měřítku, kdy je určitě velmi efektivní. Nevyžaduje žádné velké a složité reaktory, zařízení lze celkem snadno konfigurovat. Nicméně v současném uspořádání proces neprobíhá kontinuálně, mletí je vždy třeba přerušit a vzniklý čpavek ze směsi oddělit. Navíc při mletí mohou lokálně na železe vznikat i vyšší teploty, než vyžaduje Haber-Boschova syntéza, není proto jasné, zda by se reakce ve velkém měřítku vůbec ekonomicky vyplatila. (Syntéza čpavku je celkově exotermická, takže výroba Haber-Boschovým postupem si při kontinuálním provozu topí i sama, naopak se ale musí energie spotřebovávat na chlazení.)
Existuje tu ovšem prostor pro další zlepšování. Třeba se najde účinnější katalyzátor nebo nějaký jiný postup při mletí, který by umožnil nepřetržitou produkci amoniaku.

G-F Han et al, Nat. Nanotech., 2020, DOI: 10.1038/s41565-020-00809-9
Zdroj: ChemistryWorld – Royal Society of Chemistry a další

Dvojitá protilátka na covid-19 funguje jako lék i prevence

Čeští vědci otestovali novou protilátku proti covidu-19, mj. brání viru mutovat. Čeští vědci otestovali novou …

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close