Priemyselné procesy sa už čoskoro môžu stať oveľa efektívnejšie: Vedci pomaly prichádzajú na to, ako fungujú katalyzátory
Katalyzátory sú mimoriadne dôležité v priemysle, no ich výroba je nákladná a mimoriadne náročná.
Katalyzátory sa využívajú pri obrovskom množstve priemyselných procesov. Svoje využitie nachádzajú v medicíne, pri výrobe plastov, domácich potrieb, spracovaní fosílnych palív a pri výrobe hnojív. Katalyzátory sú látky, ktoré urýchľujú chemické reakcie a zároveň minimalizujú spotrebu energie.
Ako už bolo spomenuté, tieto látky sú mimoriadne dôležité, no zaujímavosťou je, že väčšina bola objavená náhodou, systémom pokus-omyl, vysvetľuje portál Washington State University. Vedci z tejto univerzity spojili svoje sili s University of Science and Technology of China, aby sa pozreli na katalytické reakcie trochu bližšie.
Využili pritom mikroskopickú metódu a spektroskopiu. Pomocou týchto postupov sa im podarilo získať nielen presnú simuláciu reakcie, ale aj pohľad na to, ako táto reakcia vyzerá v skutočnom a mikroskopickom svete. Výsledky ich práce vyšli v prestížnom vedeckom časopise American Chemical Society a vďaka nim by ľudstvo mohlo v budúcnosti nájsť spôsob, ako ešte viac urýchliť kritické priemyselné procesy.
„Populárnou predstavou je to, že katalyzátory vznikajú podobným spôsobom, ako keď v rozprávke bosorka hodí do kotla pár náhodných vecí, zamieša ich a vznikne jej silný odvar. Našou prácou bolo pokúsiť sa predpovedať, ako vyrobiť niečo veľmi konkrétne,“ vyjadril sa Jean-Sabin McEwen, jeden z autorov štúdie.
Pohľad do sveta katalyzátorov
Vedci študovali látku bifenyl. Ide o prirodzene sa vyskytujúcu organickú zlúčeninu. Nájsť ju môžeme v uhlí, zemnom plyne, alebo surovej rope. Keď do zlúčeniny pridali dva, alebo štyri ďalšie atómy brómu, výsledkom bola diametrálne odlišná chemická reakcia, keď zlúčenina reagovala so strieborným povrchom. Vznikla ďalšia zlúčenina, ktorá sa podobala na benzén. Pri druhom pokuse vznikla molekula pripomínajúca zloženie grafénu. Pri jednej z reakcií však vedci potrebovali vyššie teploty a viac energie, než pri druhej.
Tieto poznatky pomôžu priemyslom, ktoré sa spoliehajú na katalyzátory. Vedcom sa taktiež podarilo porovnať zábery z reálnych výsledkov s teoretickým modelom.
Neprehliadnite
„Pri skutočných katalyzátoroch vzniká obrovské množstvo postranných chemických reakcií. Je pre nás mimoriadne zložité priamo spojiť experiment s vedeckými teóriami. Ak ale pracujete so známymi a popísanými katalyzátormi, je oveľa jednoduchšie vyznať sa v tom, čo sa pred vami deje. Náš výskum môžeme využiť ako pomocný schodík, vedúci k vývoju komplexnejších modelov katalyzátorov,“ vysvetľuje McEwen.
Momentálne je výroba katalyzátorov mimoriadne nákladný proces. Pri ňom sa vyžaduje systematický prístup a opakované testy. Najväčším problémom ale ostáva predpovedanie výsledkov. Ak by sme dokázali predpovedať, čo sa počas reakcií deje a aký výsledný produkt dostaneme, znamenalo by to obrovské zníženie nákladov pre priemysel, pracujúci s katalyzátormi. Táto štúdia urobila dôležitý prvý krok k tomu, aby sme v budúcnosti dokázali lepšie pochopiť katalyzátory a predpovedať konečný výsledok, či už pomocou počítačových modelov, alebo prostredníctvom experimentov.
Komentáre