Pretvaranje CO2 u gorivo – cinkov hidroksid čuda stvara

Stavi li se soda-voda na sunce od nje se može dobiti vodik ili, točnije, vodeni plin – ako se ima katalizator. Evo jednog novog, na osnovi jednostavne, jeftine i bezopasne kemikalije.

Ima jedan plin koji, poput kamena mudraca, ima mnogo imena, ali se suprotno od njega (kamena mudraca) lako dobiva i to na mnogo načina. Može se proizvesti propuhivanjem vodene pare kroz ugljen, izgaranjem metana uz malo kisika ili pak reakcijom tog plina, metana, s vodenom parom ili ugljikovim dioksidom. Ime mu je vodeni plin, plin za sintezu ili, dosta neodređeno, gradski plin. Koristio se u kućanstvu prije uvođenja prirodnog (zemnog) plina, potom za sintezu amonijaka, Haber-Boschovim, ili pak za dobivanje benzina, dizel-goriva i mazivog ulja iz ugljena Fischer-Tropschovim postupkom. Kakav je to plin?

Vodeni plin, rekao bi kemičar, nije plin nego smjesa plinova, ugljikova monoksida i vodika, u omjeru koji ovisi o načinu njegova dobivanja. Reakcijom ugljena (ugljika) i vodene pare nastaju jednaki volumeni ugljikova monoksida i vodika, nepotpunim pak izgaranjam metana nastaje dvostruko više, po volumenu, H₂ nego CO. No to su već detalji kemijske tehnologije, tehnologije koja vuće svoje porijeklo još iz 19. stoljeća.

Ali tehnologija temeljena na proizvodnji i preradi vodenog plina nije rekla svoju zadnju ni u našem, 21. stoljeću! Već se naime dugo istražuje mogućnost ne bi li se djelovanjem svjetlosti mogao ugljikov dioksid pretvoriti u nešto korisno, primjerice u gorivo, a taj put ide preko vodenog plina i Fischer-Tropschovog postupka, tehnologije koja je omogućila Hitleru da vodi rat i kada je izgubio izvore nafte na Kavkazu i u Rumunjskoj. Rudnike ugljena u Ruhru još je uvijek imao.

Riječ je jednostavno o tome da se Sunčevom svjetlošču prisili vodu da dade svoje elektrone ugljikovom dioksidu, da ga reducira u monoksid, kako bi nastala smjesa ugljikova monoksida, vodika i kisika (CO₂ + H₂O → CO + H₂ + O₂). No to ne ide lako, nije dovoljno staviti bocu mineralne vode na sunce. Treba imati katalizator, točnije fotokatalizator, a uz njega – jer upravo je o tome ovdje riječ – i kokatalizator.

Da ne držim čitatelja dalje u nedoumici, reći ću mu da su kineski i japanski znanstvenici nedavno u časopisu ChemCatChem objavili znanstveni rad „Development of zinc hydroxide as an abundant and universal cocatalyst for the selective photocatalytic conversion of CO₂ by H₂O“. Naglasak je ovdje na pridjevima abundant, universal i selective jer je cinkov hidroksid, Zn(OH)₂, upravo to: vrlo jeftina, pristupačna i neotrovna kemikalija. Usto, rezultati kineskih i japanskih znanstvenika pokazuju da njihov kokatalizator, tj. cinkov hidroksid, povisuje selektivnost praktički svih fotokatalizatora koji kataliziraju pretvaranje ugljikova dioksida i vode u ugljikov monoksid i vodik.

U radu su istražili djelovanje sedam katalizatora, a to su bili oksidi tantala (Ta₂O₅) i galija (Ga₂O₃) te natrijeve, magnezijeve, stroncijeve i cinkove soli njihovih kiselina. Pošto su ih izložili djelovanju svjetlosti, bilo u čistom stanju ili uz dodatak cinkova hidroksida, dobili su smjesu plinova vrlo različitog sastava. To na prvi pogled čudi, jer prema napisanoj jednadžbi omjer H₂, O₂ i CO trebao bi biti 1:1:1, no fotokatalizatori ne kataliziraju samo tu rekaciju! Tako primjerice NaTaO₃ daje spomenuta tri plina u volumnom (ili molarnom) omjeru 14:7:1, što znači da taj fotokatalizator gotovo ne djeluje na CO₂, nego razlaže vodu na vodik i kisik (H₂O → 2H₂ + O₂).

No kada su katalizatoru dodali 10% cikova hidroksida (u molarnom udjelu), omjer se promijenio u 4:5:6, što znači da su u igri bile obje reakcije. Na sličan je način dodatkom cinkova hidroksida svoju narav promijenio i magnezijev bitantalat, MgTa₂O₆, jer je kod njega omjer tri plina bio 1:13:25, što znači da voda praktički nije sudjelovala u reakciji: katalizator je rastavio CO₂ na CO i kisik (2CO₂ → 2CO + O₂). Sada će netko reći da naslov znanstvenog rada ne odgovara sadržaju, no ja mu neću dati za pravo, ako zbog ničeg drugog onda zato što naslov bilo čega (novinskog članka, knjige, znanstvenog rada) nikad ne može posve odgovarati sadržaju.

Umjesto toga ću reći kako je rezultat tolike raznolikosti prije znak moći nego slabosti cinkova hidroksida, a prije svega fotokatalizatora kojima se dodaje. To otvara nove pravce istraživanja prema razvoju katalizatora s jeftinom i pristupačnim cinkovim hidroksidom radi izravne upotrebe Sunčeve energije za pretvaranje ugljikova dioksida u vrijedne sirovine za kemijsku industriju.

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te, naravno, BUG online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda, a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.