Sciencemag.cz
Doporučujeme
Autoři výzkumu navrhují speciální rozhraní pro kontakt mezi elektrodami a nitrogenázou; dále je použita hydrogenáza.
Syntéza amoniaku z dusíku a vodíku je obrovský žrout energie, jenže dusíkatá hnojiva zatím jinak efektivně vyrábět neumíme.
Reakce samotná je sice exotermická, vyžaduje ale katalyzátory, vysokou teplotu (cca 500 °C) a tlak (cca 250 atmosfér) čistě na svou iniciaci – molekula dusíku je extrémně nereaktivní. Dusík sice může reagovat i s kyslíkem až po vznik dusičnanů, nicméně k této reakci dochází prakticky jen když jí pomůže blesk. Nezbývá nám tedy, než dusík redukovat, to je přece jen jednodušší.
Objev tzv. Haber–Boschovy syntézy amoniaku na počátku 20. století představoval jeden z triumfů průmyslové chemie a měl dokonce geopolitické důsledky. Světové zemědělství bylo tehdy do značné míry závislé na ledku (chilský apod.), obchod s ním byl kontrolován především Británií. Syntéza amoniaku umožnila Německu i přes blokádu zámořského obchodu udržet funkční zemědělství po celou první světovou válku.
Tímto způsobem se dnes každoročně produkuje asi 500 milionů tun čpavku, výroba amoniaku je docela náročná/drahá. Zajímavé je, že některé bakterie (včetně sinic) zvládnou fixaci vzdušného dusíku studenou cestou za použití enzymu; některé z těchto bakterií žijí v symbióze s bobovitými rostlinami, odtud známé přihnojování hrachem nebo fazolemi. Enzymatickou fixací dusíku vznikají rovněž amonné ionty, tj. jedná se též o redukci vodíkem. Tato reakce využívá enzym nitrogenázu, který vyžaduje prostředí bez kyslíku.
Shelley Minteer a Ross Milton z University of Utah nyní přišli s výrobou amoniaku, kdy syntéza probíhá při pokojové teplotě v jakémsi článku, který by jako bonus mohl rovněž poskytovat proud (reakce je exotermická, viz výše); zatím ovšem vše funguje jen v malém měřítku.
Základem zařízení je článek s elektrodami z uhlíkového papíru. Autoři výzkumu navrhli speciální rozhraní, které umožňuje kontakt mezi elektrodami a nitrogenázou; jako další enzym je použita hydrogenáza, která přenáší elektrony mezi molekulou vodíku a ionty H+ (tj. katalyzuje příslušné reakce). Článek má celkově podobu dvou elektrod, na jedné se odebírají elektrony z molekuly vodíku, na druhé se pomocí elektronů redukuje dusík. Přes membránu oddělující dvě „baňky“ kolem elektrod proudí vodíkové kationty a „vnějším“ obvodem pak generovaný elektrický proud.
Práce byla publikována v Angewandte Chemie International Edition.
Zdroj: Phys.org
Poznámky:
Podobných oznámení o studené syntéze čpavku se už ale v minulosti objevilo několik, do praxe se zatím zjevně tyto nápady převést nepodařilo.
V původní tiskové zprávě je na jednom místě zmínka, že proces vyžaduje ATP (tedy konzervu „biologické“ energie, snad kvůli používaným enzymům?), byl by to pak nějaký přínos oproti klasické anorganické syntéze? Zde se zdá nezbytné proces ještě odladit.
