Pločica na suncu proizvodi mravlju kiselinu

Kemijski reaktor na zlatnoj pločici: dovoljno ju je, pločicu, uroniti u otopinu kalijeva hidrogenkarbonata te staviti na sunce – i evo vrijednog kemijskog proizvoda.

Nenad Raos subota, 17. listopada 2020. u 06:00

Mravlja kiselina, H2CO2 ili HCOOH, je čudna kiselina. To kažem zato što je ona i organska i anorganska kiselina, a usto nije samo kiselina nego i aldehid. Njezino je „pravo“ ime, u skladu sa sustavnom nomenklaturom organskih spojeva, metanska kiselina, a da je ne samo kiselina nego i aldehind otkriva strukturna formula, HO-CHO, i reakcija srebrnog zrcala. No to je samo jedno, organskokemijsko lice te neobične tvari. Kao što se ugljična kiselina, H2CO3,  razlaže na vodu i ugljikov dioksid, tako i od mravlje kiseline, H2CO2, nastaje voda i ugljikov monoksid. Ugljikov dioksid je dakle anhidrid ugljične, a ugljikov monoksid anhidrid mravlje kiseline – pa bismo mravlju kiselinu mogli zvati i ugljična(II) kiselina, za razliku od „prave“ ugljične(IV) kiseline. Ah, ta kemijska imena! Mravlja kiselina je dobila ime po mravima, ali ne zato što je oni štrcaju iz svojih zadaka kada im napadnemo mravinjak, nego zato što su je kemičari otkrili kada su mrave podvrgnuli destilaciji.

No kako bilo da bilo, mravlja ili metanska kiselina vrlo je jednostavan spoj ugljika, vodika i kisika, a kako se ta tri kemijska elementa (ugljik, vodik i kisik) nalaze u ugljikovom dioksidu i vodi, jasno je da misao kemičara ide ka tome da je baš tako sintetiziraju, iz ugljikova dioksida i vode.

Upravo je o tome riječ u znanstvenom radu „Molecularly engineered photocatalyst sheet for scalable formate production from carbon dioxide and water (Molekularno projektirani fotokatalizatorski listić za alternativnu proizvodnju formijata iz ugljikova dioksida i vode)“, što ga je nedavno u časopisu Nature Energy objavila skupina britanskih i japanskih znanstvenika. Najjednostavnije rečeno: pločica uronjena u otopinu kalijeva hidrogenkarbonata, KHCO3, u atmosferi ugljikova dioksida obasjana Sunčevom svjetlošću proizvodi mravlju kiselinu (u obliku njezine kalijeve soli, kalijeva formijata) i kisik. Ili, kemijski jednostavno: 2 CO2 + 2 H2O + hν → 2 HCOOH + O2.

Sirovine imamo, izvor energije (hν) također, treba nam još samo katalizator. A katalizator je u ovom slučaju, barem što se tiče općeg dojma, jednostavan. Riječ je o zlatnoj pločici na koju je s jedne strane nanesen sloj rutenijeva oksida, RuO2, te bizmutova vanadata, BiVO4, s tragovima molibdena, Mo. S druge strane pločice nalazi se pak sloj stroncijeva titanata, SrTiO3, s primjesama lantana, La, i rodija, Rh. Oba sloja imaju poluvodička svojstva, pa kada se osvijetle, elektroni prelaze kroz zlato iz sloja RuO2-BiVO4:Mo u sloj SrTiO3:La, Rh. Kad bismo sad ta dva sloja spojili u strujni krug, dobili bismo fotonaponsku ćeliju. No dobiti novu vrstu fotonaponske ploče nije bila namjera autora spomenutog znanstvenog rada.

Umjesto toga protok elektrona iskorišten je za pokretanje kemijske reakcije, spomenute sinteze mravlje kiseline. Prvi sloj uzima, zahvaljujući dodatku RuO2, elektrone iz vode i reducira je u kisik, a u drugom sloju…           

U drugom sloju (SrTiO3:La,Rh) nalazi se fosfonirani, za atom fosfora vezani kompleksni spoj kobalta, kobalt(II) bis(terpiridin), CotpyrP. On predaje elektrone molekulama ugljikova dioksida i uz pomoć vodikovih iona, H+, prevodi ih u ione mravlje kiseline, HCOO-. Toliko o kemiji. A što je s tehnologijom?

„Iznenađeni smo kako (naš uređaj) dobro radi u pogledu selektivnosti“, kaže Qian Wang, jedan od istraživača. „Gotovo da nema nusprodukata.“ To je točno, jer selektivnost u proizvodnji mravlje kiseline iznosi čak 97 ± 3 %, dakle sto posto u granicama statističke pogreške. No selektivnost sama po sebi nije dovoljna. Njihova ćelija pretvara manje od jednog promila Sunčeve svjetlosti (0,08 ± 0,01 %) u kemijsku energiju, što je daleko, daleko manje od efikasnosti fotonaponskih ploča, pa ipak podjednako efikasno kao u „prirodnom fotoreaktoru“. Iako se, istina, u laboratorijskim uvjetima fotosintezom može postići pretvaranje i 6 % Sunčeve svjetlosti u energiju ugljikovih spojeva, biljka u divljini iskorištava samo 0,1 – 0,2 % Sunčeve svjetlosti koja je obasja.

No nije sve tako crno u ovoj proizvodnji iz svjetlosti. Kada se fotokatalitička pločica izloži samo zračenju optimalne valne duljine (405 – 435 nm) iskorištenje se povećava na izvanrednih 2,6 %. Možemo se uostalom nadati da će se pločica za proizvodnju mravlje kiseline usavršiti, a onda do njezine tehnološke primjene nije daleko.

Tako bi se Sunčeva energija mogla iskoristiti za dobivanje mravlje kiseline, a iz mravlje kiseline se može proizvesti vodik. Stoga bi opisani postupak pružio još jednu mogućnost za proizvodnju, skladištenje, a nadasve za transport „goriva budućnosti“.

Akcija

GARMIN Fenix

Sportski sat, GPS, multisport, više modela i cijena

3099 kn 3699 kn Kupi


3-sistemski podni zvučnici

DAVIS ACOUSTICS MANI Mk2

Idealni za manje prostore i korištenje u sustavu kućnog kina zahvaljujući kompresijskoj komori. 40 -20,000 Hz, 4 ohma mini, 100 W, 92 dB.

5.399 kn 5.989 kn Kupi

Digitalno phono USB pretpojačalo

NAD PP4 C- KO

Nudi vrhunske sonične rezultate, ima mogućnost odabira MM/MC ulaza. Nova verzija AlpineSoft's VinylStudio Lite ripping softvera. Moguće povezivanje s većinom amplifiera, receivera i PC-a, SNR: 76 dB (MM); 78 dB (MC).

1.499 kn 1.799 kn Kupi