Reaktor s MOF na přeměnu CO₂ na organické látky. Kredit: UCF / Bernard Wilchusky.

Rostliny dělají fotosyntézu tak, že spotřebují oxid uhličitý, využijí světelné záření a vyrobí organické látky, tedy cukr a pak ještě vodu s kyslíkem. Tohle je fajn a jistě by bylo užitečné se takový trik od rostlin pořádně naučit. S fotosyntézou si ale také můžeme hrát a zkoušet ji různě upravit nebo vylepšit. Pustil se do toho i chemik Fernando Uribe-Romo z Univerzity Centrální Floridy (UCF) s týmem studentů. A podle všeho úspěšně.

Zvětšit obrázek

Fernando Uribe-Romo se svým zařízením. Kredit: UCF.

Povedlo se jim spustit proces podobný fotosyntéze v důmyslně vytvořeném syntetickém materiálu, kterým mohou zpracovat skleníkový plyn v atmosféře a přitom vyrobit energii. Takový proces má veliký potenciál pro vývoj technologií, které mohou významně omezit skleníkové plyny a ještě přidají příjemný bonus v podobě energie. Podle Uribe-Roma je to průlom. Po odborné stránce to prý bylo dost obtížné, ale aplikace by mohly být velmi zajímavé.

Když se poslední dobou objeví podobné zprávy o téměř neuvěřitelných chemických reakcích, odporujících běžné zkušenosti, tak můžeme docela dobře očekávat, že v tom budou namočené kovové organické kostry, čili koordinační polymery známé jako MOF (podle anglického Metal-Organic Framework). Uribo-Romo a spol. vyrobili jeden takový MOF a spustili v něm chemickou reakci, která přemění oxid uhličitý ze vzduchu na organické látky, které je možné zpracovat jako palivo.

Jak zpracovat CO₂ modrým světlem. Kredit: Logan et al. (2017), Journal of Materials Chemistry A.

Vědci se o něco podobného snaží už dlouhé roky. Zásadní problém byl v tom, jak zařídit, aby záření z oblasti viditelného světla spustilo požadovanou chemickou reakci. Pro ultrafialové záření, které nese hodně energie, není zase takový problém rozjet reakci tohoto druhu v běžném materiálu, jako je například oxid titaničitý. Jenomže ultrafialové záření představuje jenom asi 4 procenta záření, které dostává Země od Slunce. Velkou většinu slunečního záření tvoří právě viditelné světlo, tedy záření od fialových vlnových délek až po červené. Ale najít vhodný materiál, který by umožnil požadovanou reakci za působení viditelného světla, zase není vůbec snadné.

University of Central Florida.

Badatelé vyzkoušeli leccos. Jen si ale potvrdili, že sice existují nějaké takové materiály, jsou ale vesměs vzácné a také pořádně drahé. Nákladná technologie s platinou, rheniem nebo iridiem by se uplatňovala jen těžko. Tak přišla řada na kovové organické kostry. Uribe-Romo a jeho tým vyvinuli MOF z titanu, tedy běžného netoxického kovu, k němuž přidali organické molekuly N-alkyl-2-aminotereftalátů. Tyto organické molekuly v MOF fungují jako světlosběrné antény. Mohou být navrženy tak, aby absorbovaly viditelné záření o určité vlnové délce – v tomto případě modré světlo.

Uribo-Romo a a jeho kolegové uspěli a MOF pěkně přetváří atmosférický oxid uhličitý na dvě redukované formy uhlíku – formiáty čili mravenčany a formamidy. Teď je čeká další vylepšování a zvyšování výtěžku této reakce. Také chtějí zkoušet další vlnové délky viditelného světla a hledat další podobné MOFy. Výsledkem jejich snažení by mohly být stanice na lapání a přeměnu CO₂, které by stály u každé elektrárny či továrny vypouštějící oxid uhličitý. Zneškodnily by skleníkový plyn a ještě by dodávaly energii. A podobné materiály by vlastně mohly být leckde, třeba na střechách domů. Odstraňovaly by oxid uhličitý a zásobovaly by dům energií. Bude to chtít nové technologie a infrastrukturu, ale podle Uribo-Roma to už je v zásadě možné. 

Video:  Fernando Uribe-Romo on Synthetic Photosynthesis

Literatura
University of Central Florida 24. 4. 2017, Journal of Materials Chemistry A 7. 4. 2017.