O.S.E.L. - Průlom: Nanoshluky mědi zařídí elektrokatalýzu oxidu uhličitého na metan
 Průlom: Nanoshluky mědi zařídí elektrokatalýzu oxidu uhličitého na metan
Oxid uhličitý je skleníkový plyn. Metan je ještě horší skleníkový plyn. Přesto by přeměna oxidu uhličitého na metan mohla pomoci úsilí zvládnout oteplování klimatu. Nová metoda elektrokatalýzy s využitím nanoshluků mědi jako velmi účinného katalyzátoru by to mohla zařídit.

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 neboli methan, podle systematického názvosloví karban, je nejjednodušší sloučenina v homologické řadě alifatických uhlovodíků. Jeho molekula je tvořena jedním atomem uhlíku a čtyřmi atomy vodíku. Všechny vazby mezi atomy v molekule metanu jsou kovalentní a molekula metanu má tvar pravidelného čtyřstěnu. 
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.
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.
Mahdi Salehi. Kredit: M. Salehi.
Logo. Kredit: McGill University.
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.

 

##seznam_reklama##

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.


Autor: Stanislav Mihulka
Datum:10.07.2024