Magie katalyzátorů. Kredit: Argonne National Laboratory.

Je to jako moderní alchymie. Vezmete katalyzátor, což bývá nějaká exotická záležitost, nesouvisející se zamýšleným produktem dotyčné líné chemické reakce – a najednou reakce jede jako po másle. V dnešní době jsou katalyzátory doslova životně důležité ve velké většině průmyslových výrobních procesů. Stále je ale co zlepšovat.

Di-Jia Liu. Kredit: Argonne National Laboratory.

Výzkumný tým vedený odborníky amerických laboratoří Argonne National Laboratory nedávno vyvinul nový elektrokatalyzátor, který je jako lihovarníkův splněný sen. Pohání totiž reakci, při které se oxid uhličitý s vodou přemění na etanol, a to s velmi vysokou účinností, vysokou selektivitou a v neposlední řadě velmi levně. Etanol je samozřejmě velmi ceněnou komoditou, například jako přísada do benzínu anebo jako surovina pro mnoho produktů chemického, kosmetického i farmaceutického průmyslu.

Jak zdůrazňuje vedoucí výzkumu Di-Jia Liu, jejich katalyzátor by mohl přispět k rozvoji cirkulární uhlíkové ekonomiky, která by využívala vytvořený oxid uhličitý a nevypouštěla by ho zpět do atmosféry. Dotyčný proces výroby etanolu zužitkuje oxid uhličitý z různých průmyslových procesů na rozmanité produkty za přijatelnou cenu.

Nový elektrokatalyzátor tvoří atomárně rozptýlená měď na podkladu z uhlíkového prachu. Tento katalyzátor při elektrochemické reakci, která probíhá pod vlivem vnějšího elektrického pole, rozloží molekuly oxidu uhličitého a vody. Pak dojde k jejich specifické přestavbě na molekuly etanolu. Elektrokatalytická selektivita tohoto procesu přesahuje 90 procent. To je daleko více než u jiných podobných procesů. Skvělou zprávou je i to, že nový katalyzátor funguje stabilně po dlouhou dobu, za nízkého elektrického napětí.

Argonne National Laboratory, logo.

Molekula oxidu uhličitého je za normálních podmínek velmi stabilní. Proto je její změna na jinou molekulu obvykle nákladná na energii a tudíž i na finance. Liu a spol. nabízejí možnost propojení jejich elektrokatalýzy s levnější elektřinou z obnovitelných zdrojů, která je dostupná mimo „špičku“ v rozvodné síti. Vzhledem k tomu, že tato elektrokatalýza probíhá za nízkých teplot a tlaků, tak je možné ji pohotově zapínat a vypínat, podle okamžité dostupnosti elektřiny z obnovitelných zdrojů.

Vývoj nového elektrokatalyzátoru byl spojen s výzkumem v jednotlivých zařízeních laboratoří Argonne. Pracovali na tom ve výzkumných centrech Advanced Photon Source (APS), Center for Nanoscale Materials (CNM), a také v Argonne's Laboratory Computing Resource Center (LCRC). Badatelé detailně sledovali průběh elektrochemické reakce ve vysokém rozlišení, testovali a modelovali. Teď je čeká spolupráce s průmyslovými partnery a uplatnění slibné technologie v praxi.

Literatura

Argonne National Laboratory 5. 8. 2020.

Nature Energy online 27. 7. 2020.