Na první pohled to vypadá bláznivě. Přeměnit jeden skleníkový plyn na ještě horší skleníkový plyn. Podle expertů by se ale právě taková technologie mohla stát průlomem v tlumení oteplování planety. Tým kanadské McGill University vymyslel katalyzátor z nanoshluků mědi pro elektrokatalýzu oxidu uhličitého na metan. Zatímco tradiční postupy výroby metanu z fosilních zdrojů vytvářejí nové emise uhlíku, tato elektrokatalýza nikoliv.

Metan (methan, systematicky karban), je nejjednodušší alifatický uhlovodík. Jeden uhlík, čtyři vodíky. Kovalentní vazby, molekula tvaru čtyřstěnu. Kredit: Volné dílo.

Nová elektrolýza oxidu uhličitého na metan. Kredit: Salehi et al. (2024), Applied Catalysis B: Environment and Energy.

Jak uvádí vedoucí výzkumu Mahdi Salehi, jejich elektrokatalýza vlastně dělá z metanu, tedy ironicky, protože jde o skleníkový plyn, médium pro ukládání obnovitelné energie. Díky nanoshlukům mědi je možné „vycucávat“ emise oxidu uhličitého z atmosféry nebo třeba z průmyslových provozů a přeměnit je na metan.

Při spalování metanu je pak možné emise uhlíku hned recyklovat zpátky na metan. Tímto způsobem by mohla vzniknout „uhlíková smyčka (carbon loop), kdy při výrobě nedochází k vypouštění žádných uhlíkových emisí do atmosféry a uhlík se pohybuje v uzavřeném cyklu. Přeměna oxidu uhličitého na metan je pochopitelně známá už z dřívějška, doposud ale šlo o nákladný proces, zatímco získávání metanu z fosilních zdrojů je v porovnání s tím levné. To je fatální překážka, kterou bude nutné zlomit.

Mahdi Salehi. Kredit: M. Salehi.

Logo. Kredit: McGill University.

Salehi a jeho kolegové používali kvantově mechanické výpočty, s jejichž pomocí navrhovali různě uspořádané nanoshluky mědi. V simulacích prověřili nanoshluky od velikosti 19 atomů mědi až po 1 000 atomů. Vybrané designy testovali v laboratoři a zjišťovali, jak velikost nanoshluků mědi ovlivňuje reakční mechanismus.

Ukázalo se, že velikost a struktura nanoshluků opravdu hraje zásadní roli v průběhu dotyčné reakce a jejím výtěžku. Badatelé zjistili, že v produkci metanu elektrokatalýzou oxidu uhličitého jsou velmi účinné extrémně malé nanoshluky. Do budoucna plánují nanoshluky mědi ještě vyladit, aby reakce byla co nejvíce efektivní. Také prozkoumají možnosti uplatnění této technologie v průmyslovém měřítku.

Video: Using copper to convert CO2 to methane could be game change in mitigating climate change

Literatura

Canadian Light Source 4. 7. 2024

Applied Catalysis B: Environment and Energy 353: 124061.