Oxid uhličitý je sice pro život na Zemi nezbytný, ale zároveň je dnes dost nepopulární. Co kdybychom z něj ale vyráběli něco užitečného, jako jsou například plasty? Přínos by mohl být ohromný. O něco by ubylo oxidu uhličitého v atmosféře, kde má špatnou pověst jako skleníkový plyn. A zároveň by se ušetřily fosilní zdroje, které dnes používáme k výrobě plastů a dalších látek.

Doktorand Univerzity v Torontu Phil De Luna a jeho kolegové pracují na technologii, která by něco podobného mohla v budoucnu přinést. Při svém výzkumu využili kanadský národní zdroj synchrotronového záření Canadian Light Source (CLS). S jeho pomocí zjišťovali, za jakých podmínek nejlépe probíhá přeměna oxidu uhličitého na ethen (ethylen, etylén). A polymerací ethenu se snadno vyrobí polyethylen, tedy plast, který je v dnešní době nejběžnějším polymerem na světě. Roční produkce polyethylenu je teď zhruba 80 milionů tun. De Luna a spol. jsou s výsledky studie podle všeho velmi spokojeni. Jejich studie je jednou z prvních publikovaných v novém časopisu Nature Catalysis.

Ústřední reakcí této technologie je redukce molekuly oxidu uhličitého. Skleníkový plyn se při tom mění na další chemikálie, přičemž reakce vyžaduje elektrický proud a účinný katalyzátor. Roli katalyzátoru v takové reakci může sehrát nejeden kov. Katalyzátor ze zlata, stříbra nebo zinku vytváří z oxidu uhličitého oxid uhelnatý, zatímco cín s paladiem katalyzují přeměnu na formiát. Vznik ethenu z oxidu uhličitého umí katalyzovat jen měď.

Podle De Luny je měď jako magický kov. Ve skutečnosti může katalyzovat tvorbu řady dalších chemických látek, jako je metan nebo ethanol. Zároveň je ale obtížné měď ukočírovat, aby katalyzovala tak, jak chceme. De Luna a jeho tým to zvládli. Dokázali navrhnout takový katalyzátor, který maximalizuje produkci ethenu a minimalizuje tvorbu metanu.

Výsledkem jejich snažení je katalyzátor z mědi, která je uspořádaná do nanostruktur. S určením nejvíce vhodného tvaru a chemického prostředí pro požadovanou reakci vědcům pomohly analýzy na synchrotronu Canadian Light Source, prováděné v reálném čase. Když se jim podařilo určit ty nejlepší podmínky pro maximalizaci produkce ethenu během reakce, tak mohli vyvinout výkonný katalyzátor.

Pokud by vědci a inženýři dokázali propojit podobný katalyzátor s účinným systémem pro lapání a uskladňování oxidu uhličitého, tak bychom mohli získat výjimečnou „zelenou“ technologii, která bude chrlit plasty a jedním dechem usrkávat oxid uhličitý z atmosféry. Podle De Luny je to vzrušující výzkum, který nás přibližuje budoucnosti.

Video: CLS: Using the synchrotron towards environmental stewardship in the uranium industry.


Literatura
Canadian Light Source 15. 1. 2018, Nature Catalysis online 15. 1. 2018.