Naukowcy nie ustają w poszukiwaniu materiałów, które przyspieszają zachodzenie reakcji chemicznych.
Katalizatory – bo tak nazywa się substancje, których wypatrują chemicy – większości z nas kojarzą się raczej z częściami samochodowymi. Niesłusznie, bo można nazwać je współczesnymi odpowiednikami kamienia filozoficznego. I chociaż nie zamienimy dzięki nim ołowiu w złoto, to już olej w margarynę jak najbardziej.
W gronie katalizatorów spotkać można nie tylko związki chemiczne, lecz także poszczególne pierwiastki, jak np. pallad czy platynę, lub zastępujący je znacznie tańszy nikiel. – W naszej branży jest taki żart: że zajmujemy się bezskutecznym poszukiwaniem katalizatora lepszego od platynowego. Nam udało się zadać temu kłam – cieszy się prof. Mariusz Pietrowski z Wydziału Chemii Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu.
Wraz z zespołem naukowcowi udało się opracować nowy katalizator na bazie niklu – bardziej efektywny od obecnie wykorzystywanych, a także tańszy w produkcji i przyjazny w użytkowaniu.
Kreski na chemii
Do czego właściwie służą katalizatory oparte na niklu? Chociażby do tego, żeby z oleju robić margarynę. Od strony chemicznej chodzi o reakcję, która fachowo nazywa się uwodornieniem. Polega na tym, żeby zamienić podwójne wiązania między atomami węgla (ze szkoły średniej pamiętamy dwie kreski rysowane między dwoma literami C) na pojedyncze dzięki przyłączeniu dwóch atomów wodoru.
– Taka reakcja zachodzi też w naturze, ale niesamowicie powoli. Zastosowanie katalizatora pozwala przyspieszyć ją miliony, jeśli nie miliardy razy – tłumaczy prof. Pietrowski. Uwodornianie tłuszczy nienasyconych – posiadających owe podwójne wiązania – daje nam tłuszcze nasycone. W efekcie z oleju powstaje margaryna.
Tyle teoria. W praktyce nie wystarczy znaleźć związek o właściwościach katalitycznych; trzeba jeszcze zastanowić się nad tym, jak go efektywnie wykorzystać. Bo reakcja zachodzi tylko w bezpośrednim kontakcie z katalizatorem. To trochę tak jak z odgrzewaniem naleśnika: można to robić zapalniczką, ale znacznie efektywniej będzie, gdy położymy go na patelni. Naukowcom zależy więc na uzyskaniu materiałów, w których powierzchnia kontaktu będzie możliwie jak największa.
Pumeks najlepszy
Dlatego są dwie drogi otrzymywania katalizatorów. – Możemy dążyć do uzyskania materiału takiego jak pumeks, który ma wiele kanalików i porów, w związku z czym powierzchnia, na której dochodzi do reakcji, jest duża, chociaż gdyby go zgnieść, samego materiału byłoby niewiele – mówi prof. Pietrowski. Drugi sposób to zmielenie katalizatora na drobny proszek i rozpylenie go na dużej powierzchni. Naukowcy z Poznania podkreślają, że ich wynalazek nie należy ani do jednej, ani do drugiej grupy; jest nieco pośrodku.
W skrócie chodzi o to, że badacze zmieszali rozpuszczone jony magnezu, niklu i fluoru. Z takiego roztworu wytrąca się nowy związek – fluorek magnezowo-niklowy. Jeśli podgrzeje się go do 400 stopni Celsjusza w atmosferze wodoru, otrzymamy materiał podobny do pumeksu, gdzie nikiel jest eksponowany na powierzchni wielu porów i kanalików z fluorku magnezu. To znacznie tańsza metoda niż powszechnie stosowany obecnie (tak, w przypadku margaryny też) tzw. nikiel Raneya, który otrzymuje się przez stopienie niklu i aluminium w 1,6 tys. stopni Celsjusza, a następnie „pumeksuje”, wypłukując aluminium za pomocą ługu, czyli bardzo reaktywnej cieczy o pH znacznie wyższym od 7. Produkt ponadto jest tak wrażliwy na utlenianie, że trzeba go przechowywać w cieczach, bo zapala się w kontakcie z powietrzem.
Gaz do dechy
Naukowcy wiążą z wynalazkiem spore nadzieje. Po pierwsze, w testach laboratoryjnych wypada lepiej niż konkurent, który został wynaleziony prawie sto lat temu (w 1926 r.). Po drugie, sama technika jego produkcji jest prostsza, mniej energochłonna i przebiega w mniejszej liczbie etapów. – Ale wdrażając coś takiego, można napotkać wiele problemów, z których teraz nie zdajemy sobie sprawy – zastrzega profesor.
Niemniej jednak szanse są, bo efektywny i tani katalizator oparty na niklu mógłby stać się elementem nowej gospodarki opartej na odnawialnych źródłach energii. Chodzi o to, żeby prąd z OZE wykorzystać do produkcji wodoru z wody, a ten z kolei użyć do wytwarzania metanu z dwutlenku węgla, np. emitowanego przez zakłady przemysłowe – tutaj kłania się reakcja uwodorniania. Pozyskany w ten sposób metan można byłoby wtłaczać do sieci gazowniczej, która stałaby się jednym, wielkim magazynem energii (koncept znany jako power to gas).
Eureka! DGP
Trwa ósma edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 18 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi na specjalnej gali 23 czerwca, zaś podsumowanie tegorocznego cyklu ukaże się 25 czerwca w Magazynie DGP. Główną nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora.
