Sciencemag.cz
Doporučujeme
Podle nové studie dokáže záření gama při pokojové teplotě přeměnit metan na širokou škálu produktů, včetně složitějších uhlovodíků, organických molekul obsahujících kyslík a potenciálně dokonce i aminokyselin.
Tento typ reakce pravděpodobně hraje důležitou roli při vzniku složitých organických molekul ve vesmíru – a možná se uplatnil i při vzniku pozemského života. Otevírá také nové strategie pro průmyslovou přeměnu metanu na produkty s vysokou přidanou hodnotou, a to za mírných podmínek.
„Záření gama, vysokoenergetické fotony běžně existující v kosmickém záření, poskytují dostatek energie k pohonu chemických reakcí jednoduchých molekul v ledových pláštích mezihvězdného prachu a ledových zrn,“ uvádí hlavní autor studie Weixin Huang z University of Science and Technology of China (Hefei). „Výsledkem mohou být složitější organické molekuly, pravděpodobně vycházející z metanu (CH4), který je široce přítomen v mezihvězdném prostředí.“
Přestože na Zemi a na planetách v tzv. obyvatelné zóně panují vyšší tlaky a teploty, většina studií kosmických procesů se simuluje pouze ve vakuu a při extrémně nízkých teplotách. Naproti tomu čínský tým studoval reakce metanu při pokojové teplotě v plynné a vodné fázi. Použitým zářičem (zdrojem záření gama) byl radioaktivní kobalt-60.
Složení produktů se lišilo v závislosti na výchozích podmínkách. Čistý metan reaguje – s velmi nízkou výtěžností – za vzniku ethanu, propanu a vodíku. Přidáním kyslíku se konverze zvýší a výsledkem je především CO2 a také CO, ethylen a voda.
V přítomnosti vody s ní metan dále reaguje za vzniku acetonu a terciárního butylalkoholu; v plynné fázi vzniká ethan a propan. Po přidání vody i kyslíku se reakce silně urychlují. Ve vodné fázi vzniká formaldehyd, kyselina octová a aceton. Pokud se přidá také amoniak, vzniká z kyseliny octové glycin – aminokyselina, která bývá ve vesmíru také celkem běžně detekována.
Shrnuto, glycin se s přispěním záření gama dá tedy „vyrobit“ z metanu, kyslíku, vody a amoniaku, tedy molekul, které se ve vesmíru vyskytují ve velkém množství. Důležitou roli hrají v těchto reakcích radikály obsahují kyslík (OH). Průvodní tisková zpráva tvrdí, že rychlost reakce proto není příliš závislá na teplotě (poznámka PH: pro mě divné), a tudíž mohou probíhat jak v pozemských podmínkách, tak i ve vesmíru.
Kromě toho má z výzkumu vyplývat, že různé pevné částice, které jsou součástí mezihvězdného prachu -např. oxid křemičitý, oxid železitý, křemičitan hořečnatý a oxid grafenu – mění selektivitu produktů různým způsobem. Například oxid křemičitý vede k selektivnější přeměně metanu na kyselinu octovou. Rozmanité složení mezihvězdného prachu tak mohlo přispět k pozorovanému nerovnoměrnému rozložení molekul ve vesmíru.
A co se potenciálního využití těchto výsledků týče: „Vzhledem k tomu, že záření gama je snadno dostupný, bezpečný a udržitelný zdroj energie, mohlo by se jednat o nový přístup k využití metanu jako zdroje uhlíku, který lze za mírných podmínek účinně přeměnit na produkty s vysokou přidanou hodnotou – což je pro průmyslovou syntetickou chemii dlouhodobá výzva,“ tvrdí Weixin Huang.
Fei Fang et al, γ‐Ray Driven Aqueous‐Phase Methane Conversions into Complex Molecules up to Glycine, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI: 10.1002/anie.202413296
Zdroj: Wiley / Phys.org, přeloženo / zkráceno
