Katalyzátor na rozklad sirovodíku. Kredit: Halas Group/Rice University.

Sirovodík čili sulfan se dvěma vodíky a jednou sírou si nespletete. Smrdí jako čert, tedy jako zkažené vejce. Je to problematická sloučenina, počínaje tím, že je prudce jedovatá. Vyskytuje se například v sopečných plynech, ale často se s ním lze setkat i v civilizaci. Hojně se objevuje ve stokách, různých skladištích nebo skládkách. Obzvláště nepříjemný je jako vedlejší produkt v petrochemickém průmyslu nebo třeba při výrobě bioplynu, přičemž je často nutné sirovodík komplikovaně odstraňovat.

Naomi Halas. Kredit: Rice University.

Co kdybychom ale tenhle smradlavý problém proměnili ve výdělečný podnik? Přesně o to se svými kolegy usiluje Naomi Halasová z americké Rice University. Vyvinuli technologii založenou na nanočásticích zlata, se kterou je možné přeměnit sirovodík na ceněný vodík a síru. Tato přeměna probíhá v jediném kroku. Ještě lepší je, že veškerou energii pro tuto reakci poskytuje světlo, tedy například sluneční záření, ale i jiné zdroje.

Jak říká Halasová, emise sirovodíku komplikují průmyslu život, ale jeho likvidace stávajícími postupy je velmi nákladná. Jejich nanofotonický tým přichází s převratným a komerčně životaschopným nanokatalyzátorem. Jde o plazmonickou fotokatalýzu, která by mohla být mnohem levnější než soudobé postupy pro likvidaci nežádoucího sirovodíku.

Logo. Kredit: Rice University.

Badatelé vyrobili nanokatalyzátor tak, že pokryli povrch zrn oxidu křemičitého nanočásticemi zlata. Každá z těchto nanočástic intenzivně reaguje se specifickou vlnovou délkou viditelného světla. Tyto plazmonické reakce vytvářejí vysokoenergetické a krátkověké elektrony („hot carriers“), které pohánějí fotokatalýzu.

Halasová s kolegy názorně předvedli v laboratorních experimentech, že tuto fotokatalýzu je možné provést i se soustavou LEDek. Katalyzátor prostě přeměňuje sirovodík na plynný vodík a síru. Je to velmi křiklavý kontrast k dnešnímu zpracovávání sirovodíku, které se typicky spoléhá na Clausův proces. Ten má snad všechny nevýhody, co člověka napadnou. Jde o spalování sirovodíku na oxid siřičitý a následnou katalytickou reakcí oxidu siřičitého se zbylým sirovodíkem. Proces vyžaduje řadu různých kroků a teploty až kolem 815 °C. Je to nákladné a asi nejhorší je, že nevzniká vodík. Produktem Clausova procesu je síra s vodou.

Na uplatnění plazmonické fotokatalýzy sirovodíku již pracuje startup Syzygy Plasmonics z Houstonu, u jehož zrodu stála i Halasová. Se svými kolegy věří, že jejich metoda může být natolik levná a účinná, že ji bude možné využít pro likvidaci sirovodíku i ze zdrojů mimo průmysl, jako například z kanalizačního plynu anebo živočišné výroby. Zároveň bude možné k rozkladu sirovodíku používat LEDky nebo ještě „zelenější“ solární elektřinu.

Video: Naomi Halas: From Faraday to tomorrow: nanoscale optics for sustainability and societal impact

Literatura

Rice University 31. 10. 2022.

ACS Energy Letters 7: 3666–3674.