Prijeđite na glavni sadržaj

Nadomak razvoju novog materijala za selektivno pretvaranje ugljikovog dioksida u metanol

Kako staklenički plin koji zagrijava naš planet pretvoriti u jednostavno gorivo budućnosti pitanje je kojim se bave znanstvenici diljem svijeta
4.5.2021.

Jedan od industrijski važnih procesa za uklanjanje ugljikova dioksida iz atmosfere je njegovo prevođenje u metanol, stoga je pronalazak učinkovitog katalizatora, novog materijala, koji bi omogućio ovakvu učinkovitu pretvorbu u fokusu znanstvenika diljem svijeta. Zeleni kemičari s Instituta Ruđer Bošković, u suradnji s kolegama sa slovenskog Kemijskog Inštituta (KI) i Sveučilišta McGill u Kanadi, razvili su novi materijal za katalitičku pretvorbu ugljikovog dioksida u metanol.

Nadomak razvoju novog materijala za selektivno pretvaranje ugljikovog dioksida u metanol

Valentina Martinez, Tomislav Stolar i Bahar Karadeniz.

Riječ je o učinkovitoj i okolišno-održivoj mehanokemijskoj sintetskoj strategiji sinteze novog katalitičkog materijala za selektivnu hidrogenaciju ugljikovog dioksida u metanol. Ovi najnoviji rezultati istraživanja objavljeni su u ugledom znanstvenom časopisu 'ACS Applied Materials & Interfaces' koje izdaje Američko kemijsko društvo (ACS).

Metanol kao gorivo budućnosti?

Prekomjerna upotreba fosilnih goriva rezultirala je značajnim porastom antropogene emisije ugljikovog dioksida i u današnje doba je prepoznata kao jedan je od glavnih uzročnika klimatskih promjena. Međunarodne inicijative za ublažavanje ovog problema i osiguravanja budućnosti naše planete, poput inicijative Europske komisije, slažu se da je uz smanjenje emisija ugljikovog dioksida nužno razviti znanstveno-tehnološka rješenja koja će ugljikov dioksid uklanjati iz atmosfere i, u idealnim ga slučajevima, prevesti u iskoristive kemijske spojeve. Jedan od industrijski važnih procesa za uklanjanje ugljikova dioksida iz atmosfere je njegovo prevođenje u metanol.

Danas već postoji izraz 'ekonomija metanola' koja predviđa da će se metanol u budućnosti nametnuti kao ključni spoj za pohranu energije, kao gorivo, te izvor ugljika za sintezu vrijednih spojeva. Učinkovita sinteza metanola iz ugljikovog dioksida predstavlja primjer održive kemijske reakcije dodane vrijednosti, s velikim ekonomskim potencijalom.

Katalitička hidrogenacija ugljikovog dioksida je jedna od industrijski obećavajućih reakcija, ali je bazirana na neselektivnoj kemijskoj reakciji koja ovisno o reakcijskom putu može rezultirati sintezom metanola, ugljikovog monoksida, metana, ili različitih ugljikovodika. Iz toga razloga se konstantno traže i razvijaju katalizatori koji će tu kemijsku reakciju odvesti u željenom smjeru.

Multidisciplinarna suradnja

Kako bi doskočili ovom izazovu doktorandi Tomislav Stolar i Valentina Martinez, dr. sc. Bahar Karadeniz, predvođeni dr. sc. Krunoslavom Užarevićem s IRB-a i dr. sc. Tomislavom Friščićem sa Sveučilišta McGill, razvili su bimetalni porozni koordinacijski materijal korištenjem učinkovite i okolišno-održive sintetske strategije temeljene na mehanokemijskoj pripremi bimetalnih metaloorganskih mreža 74 (MOF-74), koju su ova dva tima 2019. godine objavili u časopisu ACS-a, Chemistry of Materials

Katalitička svojstva sintetiziranih materijala ispitana su u suradnji sa znanstvenicima s KI-a u Ljubljani, dr. sc. Blažom Likozarom (suvoditelj istraživanja), dr. sc. Gregorom Malim, dr. sc. Anom Bjelić i Anžeom Prašnikarom.

Rezultati su pokazali da bimetalni CuZn-MOF-74 materijal s poroznom uređenom saćastom kristalnom rešetkom ima umjerenu katalitičku aktivnost za sintezu metanola. S druge strane, post-sintetskom mehanokemijskom amorfizacijom istoimenog materijala dobiven je neporozni materijal s defektnim koordinacijskim sferama oko atoma bakra i cinka koji je pokazao višestruko poboljšanje katalitičke aktivnosti te selektivnosti za sintezu metanola.

Pokazano je da je selektivnost razvijenog amorfnog CuZn-MOF-74 materijala za sintezu metanola usporediva s industrijskim katalitičkim standardom koji je u općoj upotrebi (CuZnAl). Nuklearna magnetska rezonancija u čvrstom stanju (ss-NMR), skenirajuća elektronska mikroskopija (SEM), infracrvena spektroskopija (ATR-FTIR), difrakcija na polikristalnom uzorku (PXRD) i termogravimetrijska analiza (TGA) korišteni su za utvrđivanje odnosa strukture i katalitičke reaktivnosti.

''Ovo istraživanje je dobar primjer multidisciplinarne i međunarodne suradnje između jakih istraživačkih centara u regiji. Kao mladom znanstveniku jako mi je bitno da mogu raditi na aktualnim problemima poput pretvorbe ugljikovog dioksida u metanol, a zahvaljujući vodstvu dr. Užarevića. Postoji veliki potencijal za prijelaz na održive kemijske procese kroz program Europskog zelenog plana te bi istraživanja u tom smjeru trebala biti jedan od prioriteta,'' istaknuo je Tomislav Stolar, prvi autor na radu uz kolegu Anžea Prašnikara, te doktorand u Laboratorij za zelenu sintezu IRB-a.

Rezultati projekta otkrili su značajan potencijal mehanokemijskih metoda za brzu, učinkovitu i čistu sintezu amorfnih MOF katalizatora za primjenu u industrijskoj dekarbonizaciji.

Istraživanje ovog projekta ostvareno je u međunarodnoj mreži institucija povezanih kroz program 'Znanstvena suradnja' i projekta PZS-2019-02-4129 Hrvatske zaklade za znanost, koji je financirala Europska unija iz Europskog socijalnog fonda u sklopu Operativnog programa Učinkoviti ljudski potencijali 2014.-2020, kao i mikro-projektom Climate-KIC odjela Europskog instituta za inovacije i tehnologiju (EIT) kojeg je ostvario prvi autor znanstvenog rada Tomislav Stolar.

logići
NAPOMENA: Mišljenja, nalazi i zaključci ili preporuke navedeni u ovoj objavi isključiva su odgovornost autora i ne odražavaju nužno stajališta Hrvatske zaklade za znanost, Ministarstva znanosti i obrazovanja i Europske komisije

Ova stranica koristi kolačiće

neki od tih kolačića nužni su za ispravno funkcioniranje stranice, dok se drugi koriste za praćenje korištenja stranice radi poboljšanja korisničkog iskustva.

Za više informacija pogledajte naše uvjete korištenja.

  • Kolačići koji su nužni za ispravno funkcioniranje stranice. Moguće ih je onemogućiti u postavkama preglednika.