Jiří Dědeček spolu s Edytou Tabor a Štěpánem Sklenákem z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR našli unikátní cestu, jak přeměnit metan na metanol, za což byli oceněni společností Česká hlava, cenou Invence. Při svém výzkumu využívali superpočítače IT4Innovations, na kterých výpočetně předpověděli výsledky, které následně experimentálně potvrdili. Pro svůj výzkum získali 32 458 000 jádrohodin výpočetních zdrojů IT4Innovations v rámci šesti kol Veřejné grantové soutěže.
Zeolit je zjednodušeně děravý křemen a jeho jedinečnost spočívá v tom, že atomu 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.
Tým vědců z Oddělení struktury a dynamiky v katalýze Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského se v posledních letech intenzivně zabývá využitím zeolitů pro katalýzu redoxních reakcí. Jednou z nich je přeměna metanu na metanol. To je vzhledem k nízké reaktivitě metanu v současnosti jedna z největších výzev v oblasti heterogenní katalýzy a přitahuje obrovskou pozornost. Metan je hlavní složkou zemního plynu a je tedy levný a snadno dostupný. Bohužel, transport plynu a jeho skladování je o hodně komplikovanější než ropy. Navíc ho dovedeme masově využívat jen jako palivo.
Využití metanu v chemické výrobě je dosud možné pouze nepřímými, energeticky, technologicky a ekonomicky velmi náročnými procesy. Konečná cena výsledného produktu, např. metanolu je pak většinou nepřijatelná. Metanol však nabízí velmi široké využití jako surovina pro chemickou výrobu, nebo alternativní palivo. 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.
Donedávna neexistoval katalyzátor, který by přeměnil metan přímo na metanol molekulárním kyslíkem s uspokojivou efektivitou. Tým oddělení struktury a dynamiky v katalýze vytvořil a popsal strukturu a reaktivitu nových, unikátních typů reakčních center, která dovedou aktivovat kyslík dosud neznámým způsobem – rozštěpit ho. To dovedou dva kationty přechodového kovu (např. železa) naproti sobě, ale výrazně dále od sebe než v enzymech (ve vzdálenosti asi 7 desetimiliontin milimetru), a to již při pokojové teplotě. Tento unikátní systém se úspěšně povedlo využít pro vytvoření systémů pro oxidaci metanu na metanol, jako možného základu technologie pro využití metanu.
Kromě schopnosti rozštěpit molekulární kyslík a oxidovat metan na metanol i za laboratorní teploty vykazuje nová metoda další unikátní vlastnost. 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.
Více o výzkumu ZDE.
| |
| Schéma přímé oxidace metanu (CH₄) na metanol (CH₃OH) molekulárním kyslíkem (O₂) |
| |
| Schéma rozštěpení kyslíku za pokojové teploty |
