Zvuči kao san, kao fantazija ili – u najmanju ruku – kao znanstvena fantastika: dobivanje energije, električne struje iz prljave vode. No kemičaru sama ideja nije strana jer zna da je najvažniji proces u pročišćavanju vode oksidacija organske tvari, a gdje se jedno oksidira drugo se reducira – drugim riječima dolazi do prelaska elektrona s molekule na molekulu. Ako se ta dva procesa odvoje, ako se oksidans i reducens razvoje tako da elektrone razmjenjuju preko električnog voda (da na kažem žice), možemo dobiti električnu struju. No što je oksidans, a što reducens?

Reducens je tvar koja nešto reducira, a sebe oksidira. Oksidans je pak tvar koja čini obratno: drugo oksidira, a sebe reducira. Ili, najjednostavnije, reducens daje, a oksidans prima elektrone. Reducens je organska tvar, tvar koju treba oksidirati, oksidirati do kraja, do vode i ugljikova dioksida. Ništa novo pod suncem, jer na tom principu, principu oksidacije organske tvari, radi većina dezinfekcijskih sredstava, a praktički sva sredstva za pročišćavanje vode. Jer za što služi „aktivni klor“ (klorna voda i hipokloriti) nego za primanje elektrona iz organske tvari koja se nalazi u (onečišćenoj) vodi:  H⁺ + HClO + 2e^- → Cl^- + H₂O.

Klor je element kojeg u prirodi nema u slobodnom stanju. No jednog „hvatača elektrona“ ima svugdje. To je kisik, O₂.

No klor je klor, a kisik je kisik. Kisik neće druge oksidirati (a sebe reducirati) sam od sebe. Njega na to treba nečime potaći. To nešto može biti temperatura (paljenje vatre) ili enzimi – katalizatori u tijelu živih bića – koji molekulski kisik (O₂) pretvaraju u vodu: 4 H⁺ + O₂ + 4e^- → 2 H₂O (i u CO₂, no i ovo je jednadžbi previše).

Iz svega izloženog krije se jasna spoznaja da je kisik zapravo slabo oksidacijsko sredstvo, usporedimo li ga recimo s hipokloritima (i hipoklorastom kiselinom). I dobro je da je tako. Da nije, svi bismo se pretvorili u pepeo.

Kisik treba, kao što rekoh, nečim aktivirati. Upravo je o tome riječ u znanstvenom radu međunarodne skupine znanstvenika objavljenom u časopisu Molecules: „BaTiO₃ functional perovskite as photocathode in microbial fuel cells for energy production and wastewater treatment“. Dug naslov, puno riječi – o čemu se zapravo radi?

Radi se jednostavno o tome da su znanstvenici napravili elektrodu od barijeva titanata (BaTIO₃), materijala analognog mineralu perovskitu (CaTiO₃), koja obasjana Sunčevom svjetlošću oksidira organsku tvari i pritom proizvodi električnu energiju. To radi tako da uzima elektrone iz otopine (prljave vode) te ih potom predaje kisiku, O₂.

To je stara ideja, ali je izvedba nova. Prije barijeva titanata znanstvenici su iskušavali – kao fotokatalizatore – spojeve platine, rodija i paladija ili pak spojeve lantanida poput LiNbO₃ i LiTaO₃. Jasno je da je tu riječ o izuzetno skupim materijalima, tako skupim da je besmisleno pomišljati o njihovoj komercijalnoj upotrebi. Nasuprot tome, barijev titanat se priređuje od razmjerno jeftinih sirovina, barijeva karbonata i titanijeva dioksida, vrlo jednostavnim postupkom: dovoljno je dva navedena kemijska spoja pomiješati, a potom iz žariti 12 sati na temperaturi od 600 do 1100 ^oC.

Kada se fotokatoda od barijeva titanata umoči u otpadnu vodu i izloži suncu, ona daje struju napona 0,1 – 0,2 V, a može – u najboljem režimu rada – davati 0,5 W po kvadratnom metru, pa stoga ne samo cijenom nego i efikasnošću nadmašuje dosadašnje fotokatode (0,332 W/m²). To, istina, nije velika snaga, ali je električna energija koja se tako dobiva samo nusprodukt pri pročišćavanju otpadne vode. Nakon 120 sati izlaganja suncu voda se pročisti 90 %, a usto se dobije 0,6 kWh električne energije na 10 m² fotokatode.

Konačni cilj istraživanja? Eto ga u naslovu: microbial fuel cell (mikrobni gorivni članak), a to znači dobivanje energije oksidacijom goriva (octene kiseline i sl.) što ga proizvode mikrobi razgradnjom otpadne tvari. Tim više što fotokatoda od BaTiO₃ može biti i samo katoda. Tada radi u mraku, bez svjetlosti, no s mnogo manjim učinkom (64 mW/m²).

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 15 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su „Kemija – muza arhitekture“ (u koautorstvu sa Zvonkom Pađanom) i „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.