Plastika iz zraka i vode – odvođenjem vode

Kineski su znanstvenici napravili uređaj koji „potiče hidrogenizaciju CO pomoću dehidracije“. U tim šturim riječima krije se tehnologija za uspješniju proizvodnju umjetnih polimera.

Nenad Raos subota, 1. listopada 2022. u 06:00

Može li se dobiti plastična masa, polietilen ili polipropilen, iz vode i zraka? Može. Prvo se iz vode elektrolizom dobije vodik, a iz zraka izdvoji ugljikov dioksid. Reakcijom toga dvoga, uz prikladan katalizator, nastaje smjesa ugljikova monoksida i vodene pare, pa kad se vodena para ukloni i doda vodik, nastaje čuveni plin za sintezu (syngas). Taj plin je smjesa vodika i ugljikova monoksida, a od njega vodi – samo ime kaže – put ka sintezi (tko zna kakvih sve ne) organskih spojeva. No samo na papiru. Obično se dobiva smjesa ugljikovodika, umjetni benzin i dizelsko gorivo, tehnologijom (Fischer-Tropschov postupak) kojom su Nijemci još za Drugog svjetskog rata proizvodili gorivo za avione i tenkove iz ruhrskog ugljena.

Kemija je vrag. Nedavno me kolegica kemičarka pitala može li se za čađu reći da je grafit. Može i ne može. Najbolje je reći da se sastoji do grafita, jer u čađi ima mnogo čega što nije grafit. Nije lako dobiti čistu tvar. Nije teško napisati jednadžbu 2CO + 3H2 → C2H4 + 2H2O i tako od plina za sintezu dobiti eten (etilen), osnovnu sirovinu za proizvodnju polietilena (PE), no kako postići da se napisano ostvari u tvorničkom pogonu drugo je pitanje. Kako postići da od smjese CO i H2 nastane samo eten, samo eten i ništa drugo osim etena?

Odgovor se krije u znanstvenom radu „Physical mixing of a catalyst and hydrophobic polymer promotes CO hydrogenation through dehydration“ kineskih znanstvenika što je nedavno osvanuo u časopisu Science. Naslov govori sam za sebe (Fizičko miješanje katalizatora i hidrofobnog polimera potiče hidrogenizaciju CO pomoću dehidracije), no nažalost samo onome tko se razumije u kemiju. Čitatelju koji u naslovu vidi samo strane riječi (pa mu je prijevod od slabe koristi) reći ću da se tajna nove metode krije u onom „+ 2H2O“ na desnoj strani netom napisane jednadžbe.

U već blizu stotinu godina koliko se istražuje Fischer-Tropschova sinteza, iskušano je mnogo katalizatora od kojih se jedan, miješani karbid kobalta i mangana (CoMnC), pokazao najboljim barem što se tiče sinteze olefina (alkena), no ni on nije bez mana. Da bi došlo do željene reakcije, do sinteze alkena, za površinu katalizatora moraju se vezati molekule ugljikova monoksida, no nezgodno je što se za katalizator vežu i molekule vode koje nastaju u reakciji. One ometaju povezivanje molekula CO u lanac, lanac molekula alkena. Jednostavnije rečeno,  površina katalizatora CoMnC je hidrofilna, pa je se ne može učiniti hidrofobnom. Ili ipak može?

Upravo u tome leži dostignuće kineskih znanstvenika. CoMnC se, istina, ne može učiniti hidrofobnim, ali ga se može pomiješati s nečim takvim, s tvari koja odbija vodu. Ta tvar je polidivinilbenzen (PDVB), umjetni polimer koji se u obliku sitnih čestica miješa s isto tako sitnim česticama katalizatora (iskušana su još dva načina miješanja, ali se spomenuti powder-mixing pokazao najboljim). Kada se izmiješa ista masa polimera i katalizatora dobiva se smjesa koja dvostruko bolje prevodi plin za sintezu u ugljikovodike: iskorištenje reakcije na olefine raste od 35 na blizu 70 %. Još treba reći da reakcija teče pri blagim uvjetima, pri temperaturi od samo 250 oC i atmosferskom tlaku, za razliku od klasičnog Fischer-Tropschovog postupka koji se odvija pri tlaku od 10 bara. To dakako pojeftinjuje postupak, a pojeftinjuje ga i činjenica da katalizator (ili, bolje, katalitička smjesa) ni nakon 120 sati kontinuiranog rada nije izgubila ništa od svoje katalitičke aktivnosti. Trovanje katalizatora česta je pojava – ali ovdje to očito nije slučaj.

I što na kraju reći? Nema organske tvari koja se na ovaj ili onaj način ne može prevesti u plin za sintezu, od ugljikova dioksida iz zraka do ugljena nastalog pirolizom gradskog otpada, a to znači da će se, kad nova tehnologija zaživi, od „svega“ moći proizvoditi polietilen, no i drugi polimeri koji se sintetiziraju iz olefina, poput polipropilena i polibutilena. Možda u novoj tehnologiji kineskih znanstvenika leži i rješenje za recikliranje plastičnog otpada – jer i od njega se može napraviti plin za sintezu!

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  oko 3000 znanstveno-popularnih članaka te 13 znanstveno-popularnih knjiga. Ove mu godine izlazi još jedna, „Kemija – muza arhitekture“, koju je napisao u koautorstvu s arhitektom Zvonkom Pađanom.



HI-FI EXPERIENCE WEEK

KEF

Od 28.11. do 16.12. 2022. posjeti našu slušaonu na Zagrebačkom Velesajmu i uživaj u KEF Wireless aktivnim zvučnicima.

Kupi

Hibridno integrirano pojačalo

VINCENT SV-737

Bluetooth, WiFi, 20 Hz - 20 kHz, > 90 dB, 47 kOhm, 590 W, WAV, FLAC, APE, LPCM, MP3, ACC, AC3, WMA, 6 x stereo RCA, 2 x Optical, 2 x Coaxial.

24.999 kn 3.317,94 € Kupi

Wireless podni zvučnici

KEF LS60

Visokokvalitetan streaming, Wi-Fi, Apple AirPlay 2, Google Chromecast, Roon Ready, Bluetooth, Spotify, Tidal, Deezer, 26 Hz - 36 kHz, 111 dB.

49.999 kn 6.636,01 € 52.699 kn Kupi