Tým vědců z Akademie věd ČR otevřel cestu k výhodné přeměně metanu v chemické výrobě. Vytvořili a popsali nová reakční centra, která dovedou aktivovat kyslík zatím neznámým způsobem – rozštěpit ho. Pak ho lze použít k oxidaci metanu na metanol, který má široké využití. Za objev letos získala trojice vědců z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd cenu Invence v rámci ocenění Česká hlava.
Čeští vědci našli cestu, jak efektivně změnit metan na užitečný metanol
Zásadní roli v procesu hraje nenápadný minerál jménem zeolit. „Zeolit je zjednodušeně děravý křemen a jeho jedinečnost spočívá v tom, že atomy křemíku a kyslíku vytvářejí propojenou strukturu kanálků a dutin, do kterých se vejdou menší molekuly. Když jsou v kanálech přítomná reakční centra, stávají se zeolity ideálním materiálem pro využití v katalýze,“ vysvětlil šéf týmu Jiří Dědeček.
Vědec se s kolegy Edytou Tabor a Štěpánem Sklenákem věnuje využití zeolitů, například právě pro přeměnu metanu na metanol. Ta je podle Akademie věd vzhledem k nízké reaktivitě metanu nyní velkou výzvou a ve výzkumné sféře má obrovskou pozornost. Metanol má totiž široké využití jako surovina pro chemickou výrobu i alternativní palivo. Kromě toho se využívá i jako rozpouštědlo, přísada do nemrznoucích směsí a pro řadu dalších účelů.
Získávat ho z metanu však bylo dosud nevýhodné. Podle Akademie věd je přeměna metanu na kapalné produkty zatím možná pouze velmi náročnými a drahými procesy, takže je kvůli tomu cena výsledku, včetně metanolu, zpravidla velmi vysoká.
Česká cesta
Dědečkův tým ale objevil v zeolitu katalyzátor, který dokáže přeměnit metan přímo na metanol pomocí molekulárního kyslíku s uspokojivou efektivitou. „Přímá oxidace metanu na metanol molekulárním kyslíkem představuje cestu, jak výrazně snížit náklady na výrobu metanolu, a přibližuje nás tak k získání technologií pro výrobu levnějších paliv, ale i mnoha dalších průmyslově využitelných produktů,“ zdůraznil vědec.
Štěpení kyslíku pak podle vědců zajišťují dva kationty přechodového kovu, například železa. Ty společně dovedou roztrhnout molekulu kyslíku, a to již při pokojové teplotě. Unikátní systém se podle Akademie věd úspěšně povedlo využít pro vytvoření systémů pro oxidaci metanu na metanol jako možného základu technologie pro využití metanu.
Zeolit pod mikroskopem
„Kromě schopnosti rozštěpit molekulární kyslík a oxidovat metan na metanol i za laboratorní teploty vykazuje nová metoda další unikátní vlastnost,“ upozornil Dědeček.
„Metanol vzniklý oxidací metanu se již za laboratorní teploty rovněž spontánně uvolňuje do plynné fáze. Jedná se o velmi podstatnou výhodu proti ostatním katalyzátorům schopným selektivně oxidovat metan molekulárním kyslíkem, kde je navíc nezbytné k uvolnění metanolu aplikovat vodní páru. To pak vede k destrukci aktivních center a výsledně k jejich tak nízké aktivitě, že jsou v praxi nepoužitelné,“ uzavřel Dědeček.
Laureáti převezmou cenu 29. listopadu na galavečeru v Národním muzeu v Praze. Národní ocenění Česká hlava letos dostal molekulární imunolog Václav Hořejší. Návrh vládní Rady pro výzkum, vývoj a inovace na jeho ocenění v listopadu schválila vláda.