Sve što biljka daje sebi i svemu što živi na Zemlji potječe od njezina lista, iz sićušne kemijske tvornice koja proizvodi nebrojne organske spojeve od dva posve jednostavna anorganska spoja: vode i ugljikova dioksida. Tome svakako treba dodati Sunčevu svjetlost, jer ona daje energiju za taj proces, proces asimilacije ili fotosinteze. Danas znamo u tančine što se pritom u listu zbiva, pa opet ne znamo kako bi se to moglo napraviti i u laboratoriju, bez biljke. Pa ipak... Da bismo radili ono što radi biljka, trebamo imati pogodan fotokatalizator, dakle tvar koja će spajati ugljikov dioksid i vodu, ali ne u ugljičnu kiselinu (soda-vodu) nego u nešto drugo. To „nešto drugo“ je najveći kamen spoticanja, jer fotokatalizator, da bi bio upotrebljiv, treba davati samo jedan produkt i to produkt koji ima tehnološku vrijednost – riječ je dakle o organskom spoju koji može poslužiti kao sirovina ili u najgorem slučaju kao gorivo. Može li se to napraviti?

Može. Iza pomalo maglovitog i tajnovitog naslova znanstvenog rada trojice kineskih znanstvenika objavljenog u časopisu Angewandte Chemie, „Simultaneous cophotocatalitic CO₂ reduction and ethanol oxidation towards synergistic acetaldehyde synthesis“, krije se važno postignuće: prema jednom komentatoru riječ je o „ingenioznoj strategiji“ koja će „omogućiti ekonomičniju upotrebu CO₂ u kemijskoj industriji“. Jasno je, ako se zahvaljujući novom fotokatalizaoru može iz ugljikova dioksida izravno dobiti acetaldehid („acetaldehyde synthesis“), onda je to besumnje ekonomski vrlo povoljno, jer se od acetaldehida (etanala, CH₃CHO) može dobiti praktički svaki kemijski spoj, od alkohola (etanola) i octene kiseline do umjetne gume. No da bi se razumjelo što je rečeno o novom fotokatalizaru, treba zaroniti malo dublje u kemiju.

 Ugljikov dioksid se reducira, piše u naslovu („CO₂ reduction“), što znači da molekule CO₂ primaju elektrone (koji se prenose vodikovim atomima, *H). Oni ne mogu nastati ex nihilo, oni moraju odnekud dolaziti. Ingenioznost postupka je u tome da elektroni (vodikovi atomi) potječu od molekule koja oksidacijom daje isti produkt, acetaldehid, a to je molekula etanola, C₂H₅OH.

Riječ je, da budem konkretniji, o novom,  bifunkcionalnom fotokatalizatoru. Njegova je struktura, začudo, vrlo jednostavna. Sastoji se od plošne polimerne molekule ugljikova nitrida, (CN)_n, koja ima veće i manje rupe. Veće rupe ispunjavaju atomi rubidija (Rb) dok su u manjim rupama smješteni atomi kalija (K). Na atomima rubidija se događa redukcija CO₂, a na atomima kalija oksidacija C₂H₅OH. Najvažnije je u novom postupku da u njemu dolazi do povezivanja dvaju ugljikova atoma, do stvaranja veze C-C, a to je najteži zadatak koji se postavlja pred organsku sintezu. A ovdje se ta zahtjevna kemijska sinteza odvija bez epruveta i kemikalija, potiho kao u biljnom listu!

Nije ipak sve jednostavno, jer na umjetnom listu nastaju uz acetaldehid i drugi organski spojevi, naime formaldehid (metanal, HCHO), mravlja ili metanska kiselina (HCOOH) te octena ili etanska kiselina, CH₃COOH. No to opet ovisi o uvjetima reakcije, naime u čemu je otopljen ugljikov dioksid kad dolazi do fotokatalizatora. Autori rečenog rada iskušali su više otapala. Najboljim se pokazao acetonitril (CH₃CN ili MeCN) uz dodatak 10 % etanola (EtOH). Rezultat optimalizacije postupka je dobivanje vrlo čistog produkta (93,3 % CH₃CHO) uz visoko iskorištenje (1212,3 μmol h^-1 g^-1). To znači da gram katalizatora obasjan suncem može za sat vremena dati 1,2 mmol ili 72 mg acetaldehida. Čistoća produkta nesumnjivo snižava troškove njegova pročišćavanja. Tako sada stvari stoje.

A kako će biti u budućnosti? Ključno je u opisanom postupku nastajanje veze C-C fotokemijskom katalizom, a to znači da će vjerojatno biti moguće na sličan način sintetizirati i druge složene organske spojeve iz ugljikova dioksida. Možda će samo trebati vodu zamijeniti amonijakom ili sumporovodikom. Možda, tko zna.

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, posljednja je „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.