Čeští vědci vyrábějí chemikálie a průmyslové produkty z minerálů a slunce

Složením nanomateriál odpovídá běžným, v přírodě se vyskytujícím minerálům, dokáže přitom nahradit dosud využívané drahé kovy. Zájem o něj už projevili zahraniční investoři.

Na technologii pracují odborníci z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií – CATRIN Univerzity Palackého v Olomouci a Centra energetických a environmentálních technologií (CEET) Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava (VŠB-TUO), o objevu nedávno referoval časopis Nature Nanotechnology.

„V současné geopolitické situaci a související energetické krizi nemá Evropská unie jinou možnost než hledat cesty, jak snižovat náklady na průmyslové výroby a maximálně využívat nové zelené technologie a materiály, které nás zbaví závislosti na energetických a surovinových zdrojích z Ruska,“ vysvětlil Radek Zbořil, vědecký ředitel CATRIN a vedoucí Materiálově-environmentální laboratoře v CEET.

Tým českých výzkumníků společně s kolegy z vědeckého institutu FORTH v řeckém Heraklionu a Leibnizova institutu pro katalýzu v německém Rostocku studoval procesy chemické výroby sloučenin anilinu, které se využívají při výrobě řady léčiv, plastů, barviv či agrochemikálií.

Podle údajů společnosti MarketWatch činí trh sloučenin anilinu zhruba 12 miliard dolarů (zhruba 270 miliard korun) ročně s očekávaným výrazným nárůstem. Jejich stávající průmyslová výroba je ale energeticky a finančně značně nákladná, jelikož probíhá za vysokých teplot a tlaků, navíc urychlení chemické reakce vyžaduje použití drahých kovů, jako je zlato, paladium či platina.

„Nová technologie pracuje s nanočásticemi chalkopyritu, běžného minerálu na bázi železa, mědi a síry, který se vyskytuje nejen v ČR, ale také na dalších lokalitách v Evropě, Americe i Africe. Nanomateriál je levný, lze ho snadno vyrobit i v průmyslovém měřítku a urychluje chemické reakce lépe než zmiňované vzácné kovy – a k tomu jen s použitím slunečního záření,“ popsal Zbořil výhody nové technologie.

Nanomateriál se podle Zbořila chová jako tzv. plasmonický katalyzátor. To znamená, že při interakci se slunečním zářením vykazuje mnohé unikátní vlastnosti.

„Ozáření slunečním světlem vyvolá v nanomateriálu kaskádu chemických dějů, přičemž některé elektrony se přesunou na povrch materiálu, případně dokonce opustí jeho strukturu. Tyto tzv. horké elektrony velmi efektivně aktivují chemikálie, které vstupují do průmyslové výroby. Současně dochází ke zvýšení teploty v bezprostředním okolí nanomateriálu, což také významně přispívá k urychlení chemické reakce,“ upřesnil Aristeidis Bakandritsos působící v olomoucké CATRIN a ostravském CEET.

Výzkumníci porovnávali účinnost nového systému s desítkami komerčních materiálů i nejnovějšími publikovanými katalyzátory – a zaznamenali podle svých slov „skvělé výsledky“.

„Produkční rychlost vztažená k ceně materiálu je o řád vyšší než u nejlepších konkurenčních technologií. Experimentálně i teoreticky jsme prokázali, že tato vysoká účinnost mimo jiné souvisí s elektronovou strukturou nanomateriálu, která harmonicky ladí s elektronovou strukturou dalších složek reakce,“ pochlubil se Bakandritsos.

Práce týmu profesora Zbořila navazuje na nedávný objev katalyzátoru využívajícího nanočástice železa a vykazujícího ekologickou šetrnost a vysokou účinnost v příbuzných procesech výroby léčiv a chemikálií.

„Nový plasmonický materiál funguje na odlišném principu a má podle našeho názoru větší komerční potenciál včetně dramatického snížení energetických nákladů, rekordní účinnosti, snadné a levné výroby i elegantního technologického řešení. Proto jsme se rozhodli technologii chránit mezinárodní patentovou přihláškou. Již nyní jednáme s prvními zájemci o průmyslové využití technologie a potenciálními investory zejména v Německu,“ zmínil Zbořil na závěr.

Oba materiály mají každopádně společné to, že dokážou urychlit a zlevnit výrobu uvedených produktů.