Gorivo od biomase smatra se klimatski neutralnim, mada je za njegovu proizvodnju još uvek potrebna energija. Za željene hemijske reakcije prilikom proizvodnje energije od biomase potrebni su visoki nivoi temperature i pritiska. Nova studija proučavala je zeolit kao katalizator.
„Ako u budućnosti želimo da radimo bez fosilnih izvora energije i efikasno koristimo biomasu, takođe ćemo morati da pronađemo načine da smanjimo energiju potrebnu za preradu biomase“, kaže Johannes Lercher, profesor hemijske tehnologije Tehničkog univerziteta u Minhenu (TUM) i direktor Instituta za integrisanu katalizu u Nacionalnoj laboratoriji za pacifički severozapad u Richlandu, Vašington (SAD).
Radeći zajedno sa međunarodnim istraživačkim timom, Lercher je bliže proučio ulogu molekula vode u reakcijama unutar pora zeolita, koje su manje od jednog nanometra.
Sve počinje sa kiselinama
Karakteristika kiseline je da lako donira protone. Dakle, kada se doda u vodu, hlorovodonična kiselina se deli na negativno naelektrisane hloridne anjone, poput onih koji se nalaze u kristalima kuhinjske soli, i pozitivno naelektrisane protone, koji se vežu za molekule vode. To rezultira pozitivno naelektrisanim jonom hidronijuma, koji izgleda da dalje prenosi ovaj proton, na primer na organski molekul.
Kada je organski molekul „primoran“ da prihvati proton, on pokušava da se stabilizuje. Tako alkohol može stvoriti molekul sa dvostrukom vezom. To je tipičan reakcioni korak na putu od biomase do biogoriva. Zidovi zeolita stabilizuju prelazna stanja, koja se javljaju tokom konverzije i, na taj način, pomažu u smanjenju količine energije potrebne reakciji da se dogodi.
Zeoliti koji deluju kao kiseline
Zeoliti u svojoj kristalnoj strukturi sadrže atome kiseonika, koji već nose proton. Poput molekularnih kiselina, oni stvaraju jone hidronijuma u interakciji sa vodom.
Međutim, dok se joni hidronijuma raspršuju u vodi, oni su i dalje usko povezani sa zeolitom. Hemijska prethodna obrada može da varira broj aktivnih centara i tako uspostavlja određenu gustinu hidronijumovih jona u porama zeolita.
Idealan zeolit za svaku reakciju
Sistematskim promenom veličine šupljina, gustine aktivnih mesta i količine vode, istraživački tim je uspeo da razjasni veličine pora i koncentracije vode, koje su najbolje katalizovale odabrane primere reakcija.
„Generalno je moguće povećati brzinu reakcije tako što ćete pore smanjiti i povećati gustinu naelektrisanja“, objašnjava Johannes Lercher. „Međutim, ovo povećanje ima svoje granice. Kada se stvari pretrpaju i naelektrisanja su preblizu jedno drugom, brzina reakcije ponovo opada. To omogućava pronalaženje optimalnih uslova za svaku reakciju”.
Zeoliti su generalno pogodni kao nanoreaktori za sve hemijske reakcije čiji se reakcioni partneri uklapaju u pore i u kojima se kiselina koristi kao katalizator.
„Na samom smo početku razvoja sa potencijalom da povećamo reaktivnost molekula čak i pri niskim temperaturama i da na taj način uštedimo znatne količine energije u proizvodnji goriva ili hemikalija”, ističe Lercher.
E2 portal (ScienceDaily)
