Fosilna goriva imaju značajan negativan utjecaj na okoliš, a do toga dolazi zato što se njihovim sagorijevanjem u atmosferu ispuštaju ogromne količine ugljika. Isti taj ugljik u atmosferi stvara svojevrsne probleme u vidu ugljičnog dioksida koji je staklenički plin i ima utjecaj na temperature na Zemlji.

Upravo vođeni tom premisom stručnjaci znanstvenici pokušavaju naći rješenje o tome kako taj staklenički plin pretvoriti u gorivo budućnosti.

Taj problem zaokupio je pažnju i stručnjaka na zagrebačkom Institutu Ruđer Bošković, gdje su hrvatski znanstvenici u suradnji s kolegama sa slovenskog Kemijskog Inštituta (KI) u Ljubljani i Sveučilišta McGill u Montrealu u Kanadi razvili novi materijal za katalitičku pretvorbu ugljikovog dioksida u metanol.

U razgovoru s voditeljem istraživanja i Laboratorija za zelenu sintezu dr.sc. Krunom Užarevićem, te doktorandom Tomislavom Stolarom, doznajemo da je od početka njihova istraživanja pa do objave rezultata prošlo dvije godine, ali i da je njihovo istraživanje važno na dvije razine.

Za pohranu energije i gorivo

“Prvo, za pripremu katalizatora na bazi bimetalnih metaloorganskih mreža koristili smo mehanokemijske metode sinteze. Mehanokemijska sinteza je skalabilna, koristi samo katalitičke količine otapala te je po ključnim metrikama zelene kemije trenutačno ekološki najprihvatljivija sintetska metoda.

Drugo, u našemu radu kao najbolji katalizator pokazao se amorfan materijal s defektima u strukturi koji su odgovorni za povećanje broja katalitički aktivnih mjesta u materijalu. U sferi funkcionalnih materijala baziranih na metaloorganskim mrežama koje se najčešće ciljano pripremaju kao kristalni materijali, mi smo pokazali upravo suprotno. Amorfno (ne-kristalno) uređenje dalo je materijalu poboljšana svojstva”, rekao je voditelj istraživanja Užarević.

Kada govorimo o kemijskoj reakciji između ugljikovog dioksida i vodika, ona može rezultirati nastajanjem nekoliko različitih produkata (voda, metanol, ugljikov monoksid, ugljikovodici).

Međutim, istraživački tim s IRB-a je uz pomoć katalizatora uspio usmjeriti reakciju tako da kao produkt ove kemijske reakcije nastaje primarno metanol kao put za održiviji okoliš.

“Poznato je da je antropogena emisija ugljikovog dioksida jedan od glavnih uzročnika neželjenih klimatskih promjena. Jedan od načina za smanjenje emisije CO2 je njegova pohrana koja sama po sebi nije održiva pa je CO2 potrebno i reciklirati kako bi se zatvorio ciklus.

Doktorandi Tomislav Stolar i Valentina Martinez u Laboratoriju za zelenu sintezu IRB-a/PD

Recikliranje/pretvaranje CO2 tako da se koristi kao izvor ugljika za dobivanje vrijednih kemijskih spojeva je ovdje ključno”, spomenuo je doktorand Stolar.

Kroz njihovo istraživanje proteže se i pojam ekonomije metanola, koja se oslanja na metanol kao ključni spoj za pohranu energije, gorivo i izvor ugljika za sintezu vrijednih spojeva.

Što se tiče, primjerice, električne energije dobivene iz obnovljivih izvora (čija će uloga sve više dobivati na važnosti), nju je potrebno pohraniti te po potrebi iskoristiti. Transport električne energije na velike udaljenosti nije učinkovit, kao ni njeno skladištenje u obliku baterija koje bi bilo ekonomski i ekološki neodrživo.

Stoga se kao rješenje, objašnjavaju zeleni kemičari s Instituta Ruđer Bošković, nameće pohrana energije u obliku kemijske energije (energija kemijskih veza). Najjednostavniji kemijski spoj koji se može dobiti upotrebom električne energije je vodik, no to nije i najbolji izbor.

Poželjan spoj, zbog minimalnih modifikacija postojeće transportne strukture, bio bi u tekućem stanju i tu se metanol pokazuje kao dobro rješenje.

“Kao prvo treba istaknuti da u javnosti metanol ima negativnu konotaciju radi otrovnog djelovanja na ljudski organizam. Međutim ovdje se radi o ogromnoj ulozi metanola u kemijskoj industriji. Metanol ima visoki oktanski stupanj zbog čega je iskoristiv u motorima s unutarnjim izgaranjem, dizelskim motorima te gorivim člancima.

Osim što se koristi kao gorivo, iz metanola se relativno lako proizvode kemijski spojevi koji su temelj globalne kemijske industrije (dimetil eter, formaldehid, octena kiselina, etilen, propilen, itd.).

Prema svemu navedenom, uspije li se razviti znanstveno-tehnološka rješenja koja na velikoj skali proizvode metanol iz ugljikovog dioksida (pohranjenog iz antropogene emisije) i vodika (dobivenog cijepanjem vode pomoću električne energije iz obnovljivih izvora) riješit će se dva velika svjetska problema, klimatske promjene i energetska održivost”, objasnili su nam Užarević i Stolar s Instituta Ruđer Bošković.

Odlična suradnja sa Slovencima

Ovo hvale bitno istraživanje zasnovano je na multidisciplinarnoj suradnji nekoliko timova, a kako saznajemo u razgovoru, geografska blizina s kolegama iz Slovenije pokazala se kao odličan preduvjet za bržu suradnju u vrijeme globalne pandemije.

“Unutar ovog multidisciplinarnog i međunarodnog projekta ujedinili smo znanja koja imamo iz područja kemije materijala s kolegama s Kemijškog Instituta u Ljubljani, koji su kemijski inženjeri i imaju snažan laboratorij za industrijsku katalizu.

S kolegama iz Slovenije surađujemo unutar projekta financiranog od strane Europske unije i Hrvatske zaklade za znanost. Niti jedni niti drugi sami za sebe ne bismo imali, ne samo znanja, već i infrastrukturne kapacitete za napraviti ovakvo istraživanje”, zaključili su istraživači s Instituta Ruđer Bošković.