Za ovu sam rubriku prošle godine napisao članak, osvrt na jednu tehnološko-ekonomsku analizu koja je pokazala da je isplativo skladištiti višak energije iz obnovljivih izvora jedino u obliku amonijaka i metanola. Što se tiče emisije ugljikova dioksida, amonijak (NH₃) je bolji energent jer izgaranjem daje samo dušik i vodu. No nezgoda s amonijakom je u tome da nema veliku energetsku vrijednost (18,80 MJ/kg ili 5,2 kWh/kg) i – još gore – teško ga je skladištiti (jer je plin), a usto je korozivan i otrovan. Metanol ili, starovički, metilni alkohol (CH₃OH) daje doduše izgaranjem uz vodu i ugljikov dioksid, no on je tekućina, pa se može točiti u spremnike automobila poput benzina. No metanol je višestruko slabije gorivo od benzina – energetska vrijednost mu je 19,92 MJ/kg (5,5 kWh/kg), a benzina 51 MJ/kg (14,2 kWh/kg).

Metanol je na zlu glasu zbog otrovnosti, ali to je ponajviše zato što patvorena pića mogu sadržavati i taj alkohol. Ipak moram reći da se s otrovnošću metanola umnogome pretjeruje: smrtonosna doza (LD₅₀) metanola iznosi oko 20 grama, što znači da nije nipošto riječ o jakom otrovu. Pare su mu, dakako, otrovne, no ipak mnogo manje od amonijaka: maksimalna dozvoljena koncentracija (MDK) metanola u zraku iznosi 250 mg/m³ – što je sedam puta više od MDK za amonijak (35 mg/m³). A što se pak tiče uobičajenog goriva za automobile, benzina, metanol nije od njega opasniji. To govorim zato jer MDK za benzin iznosi 500 mg/m³, što je doduše dvaput više nego za metanol, no benzin se mnogo lakše zapali. 

No nećemo više o tome, nisam ovo počeo pisati zato da lamentiram o energetskoj budućnosti čovječanstva niti da prepričavam svoje članke nego da vas obavijestim o novom katalizatoru ili – točnije – fotokatalizatoru, koji čini čuda. Taj katalizator obasjan Suncem pretvara vodu i ugljikov dioksid iz zraka u metanol, a usto daje i električnu energiju! Riječ je o radu tri kineska i jednog američkog znanstvenika nedavno objavljenom u uglednom znanstvenom časopisu Journal of the American Chemical Society. Naslov mu je „Photoelectrocatalytic CO₂ reduction to methanol by molecular self-assemblies confined in covalent polymer networks“. Što je krije iz tog – moram priznati – i za mene zapletenog naslova?

Krije se prije svega MCN (macroporous conjugated polymer network), tvar za koju je s kemijskog stanovišta najvažnije uočiti da je nastala povezivanjem (kojugiranjem) dvaju polimera, polianilina (PANI) i poli(N,N-dimetilakrilamida), PDMA. Na tu se polimernu osnovu potom veže kompleksni spoj, oktahidroksiftalocijaninkobalt(II), CoPC. Kada se sve posloži, dijelovi molekule mogu raditi u skladu jedni s drugima. Konjugirani polimer (PANI-PDMA) apsorbira svjetlosno zračenje (pri 460, 480 i 750 nm), pri čemu se ekscitiraju elektroni. No elektroni ne ostaju u ishodnoj molekuli nego prelaze na vezane kobaltove ione (Co²⁺) koji potom prelaze u Co⁺. Ioni kobalt(I) potom predaje elektrone molekuli CO₂ pri čemu oni prelaze u kobalt(II), a ona u metanol (CO₂ + H₂O + 2H⁺ + 2e^- → CH₃OH + O₂). Proces je olakšan time što je ishodni polimer poprečnim povezivanjem poprimio rahlu strukturu (MCN-CA) s velikim porama kroz koje slobodno prolaze molekule vode i ugljikova dioksida (koji elektroda ne uzima izravno iz zraka nego iz otopine kalijeva hidrogenkarbonata, KHCO₃).

I evo konačnog rezultata: obasjan Sunčevom svjetlošću jedan gram novog fotokatalizatora može proizvesti 11 milimola ili 352 mg metanola na sat, što znači da mu iskoristivost iznosi visokih 70 %. No uz metanol MNC-CA proizvodi i električnu struju snage 4,9 W/m². To je mnogo puta manje od fotonaponske ploče, no treba uzeti u obzir da je ovdje električna energija samo nusprodukt pri proizvodnji metanola. Nakon stotinu sati kontinuiranog rada proizvodnja metanola na fotokatalizatoru MNC-CA smanjila se za samo nekoliko postotaka. To je dobar znak jer je trajnost ploče važna za njezinu komercijalnu upotrebu.

A što se pak metanola tiče, treba reći da on nije samo energent, dakle moguće gorivo za motore s unutrašnjim izgaranjem i gorivne ćelije, nego je i je otapalo koje se naveliko koristi u kemijskoj industriji. Služi i kao polazna sirovina za mnoge kemijske proizvode. Od metanola bi se naposljetku mogli, nakon oksidacije u formaldenid (metanal), dobivati i šećeri, ako kemičari uspiju (konačno!) ovladati reakcijom formoze. Sve u svemu, kemičar radi što i biljka – samo zaobilaznim putem.

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 i povijesti znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 3000 znanstveno-popularnih članaka te 15 znanstveno-popularnih knjiga.