Sciencemag.cz
Doporučujeme
Dosud neexistovala možnost využívat metan v chemické výrobě tak, aby se to ekonomicky vyplatilo. Tým vědců z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR vytvořil a popsal nová, unikátní reakční centra, která dovedou aktivovat kyslík dosud neznámým způsobem – rozštěpit ho. A pak ho použít k oxidaci metanu na metanol. Zásadní roli zde hraje zeolit.
„Zeolit je zjednodušeně děravý křemen a jeho jedinečnost spočívá v tom, že atomy křemíku a kyslíku vytvářejí propojenou strukturu kanálků a dutin, do kterých se vejdou menší molekuly. Když jsou v kanálech přítomná reakční centra, stávají se zeolity ideálním materiálem pro využití v katalýze,“ vysvětluje Jiří Dědeček, šéf vědeckého týmu z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR.
Společně s Edytou Tabor a Štěpánem Sklenákem se intenzivně věnuje využití zeolitů pro katalýzu redoxních reakcí. A jednou z nich je přeměna metanu na metanol. Ta je vzhledem k nízké reaktivitě metanu v současnosti jednou z největších výzev v oblasti heterogenní katalýzy a přitahuje obrovskou pozornost.
Proč je důležité a složité získat metanol
Metanol nabízí velmi široké využití jako surovina pro chemickou výrobu nebo alternativní palivo. Získávat ho z metanu však dosud nebylo výhodné. Metan je přitom hlavní složkou zemního plynu, a je tedy levný a snadno dostupný. Bohužel, dosud se využívá především jako palivo. Navíc je přeprava plynu a jeho skladování o hodně komplikovanější než v případě ropy.
Přeměna metanu na kapalné produkty a jeho využití v chemické výrobě je zatím možné pouze nepřímými, energeticky, technologicky a ekonomicky velmi náročnými procesy. Konečná cena výsledného produktu, např. metanolu, je pak většinou nepřijatelná.
Tým Jiřího Dědečka ale objevil v zeolitu katalyzátor, který dokáže přeměnit metan přímo na metanol pomocí molekulárního kyslíku s uspokojivou efektivitou. „Přímá oxidace metanu na metanol molekulárním kyslíkem představuje cestu, jak výrazně snížit náklady na výrobu metanolu, a přibližuje nás tak k získání technologií pro výrobu levnějších paliv, ale i mnoha dalších průmyslově využitelných produktů,“ říká Jiří Dědeček.
Stačí pokojová teplota, pára není potřeba
Aktivizaci kyslíku – jeho štěpení – zajišťují dva kationty přechodového kovu (např. železa) naproti sobě, ale výrazně dále od sebe než v enzymech (ve vzdálenosti asi 7 desetimiliontin milimetru). Ty společně dovedou roztrhnout molekulu kyslíku, a to již při pokojové teplotě. Tento unikátní systém se úspěšně povedlo využít pro vytvoření systémů pro oxidaci metanu na metanol jako možného základu technologie pro využití metanu.
Za vytvoření a popsání struktury a reaktivity nových, unikátních typů reakčních kationtových center přechodových kovů v zeolitové matrici a jejich využití při oxidaci metanu na metanol získali Jiří Dědeček, Edyta Tabor a Štěpán Sklenák ocenění Česká hlava v kategorii Invence.
„Kromě schopnosti rozštěpit molekulární kyslík a oxidovat metan na metanol i za laboratorní teploty vykazuje nová metoda další unikátní vlastnost,“ upozorňuje Jiří Dědeček.
„Metanol vzniklý oxidací metanu se již za laboratorní teploty rovněž spontánně uvolňuje do plynné fáze. Jedná se o velmi podstatnou výhodu proti ostatním katalyzátorům schopným selektivně oxidovat metan molekulárním kyslíkem, kde je navíc nezbytné k uvolnění metanolu aplikovat vodní páru. To pak vede k destrukci aktivních center a výsledně k jejich tak nízké aktivitě, že jsou v praxi nepoužitelné,“ dodává Jiří Dědeček.
i273ub