Naukowcy z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego opracowali materiał, który może w istotny sposób zmienić sposób wykorzystania przemysłowych odpadów. Dzięki stworzonemu przez nich nanokatalizatorowi możliwe stało się przekształcanie dwóch problematycznych substancji – glicerolu odpadowego oraz dwutlenku węgla – w cenny związek chemiczny wykorzystywany m.in. w bateriach litowo-jonowych i bioplastikach.
Nowe rozwiązanie pozwala prowadzić ten proces w warunkach znacznie łagodniejszych niż te, których wymagały dotychczas stosowane metody. Oznacza to mniejsze zużycie energii, brak toksycznych reagentów i możliwość wykorzystania surowców, które zwykle są kosztowne w utylizacji.
Kluczem do działania katalizatora PdCu@MOF-Ce są materiały z grupy MOF (metal–organic frameworks) – porowate struktury, których znaczenie dla współczesnej chemii podkreślono, przyznając twórcom tegorocznego Nobla z chemii. Ich mikroskopijne pory działają jak labirynt, w którym mogą zatrzymywać się cząsteczki gazów i cieczy, stając się idealnym miejscem do prowadzenia reakcji chemicznych.
W porach takiego materiału naukowcy umieścili nanoklastry palladu i miedzi. W tej skali – poniżej jednego nanometra – każdy atom metalu może pracować jako aktywny katalizator, nie tracąc swoich właściwości i nie łącząc się w większe cząstki. Dzięki temu reakcja przebiega szybciej, a sam katalizator jest trwały i może być używany wielokrotnie.
Glicerol wytwarzany jest masowo jako produkt uboczny przy produkcji biodiesla, a jego nadmiar stanowi problem dla przemysłu. Z kolei CO₂ jest jednym z głównych gazów cieplarnianych. Nowy katalizator pozwala wykorzystać oba te odpady do produkcji węglanu glicerolu – związku, którego znaczenie stale rośnie wraz z rozwojem technologii energetycznych, elektromobilności czy produkcji biodegradowalnych materiałów.
Do tej pory jego wytwarzanie było trudne i kosztowne, ponieważ wymagało wysokich temperatur, ciśnienia oraz czystych substratów. Katalizator PdCu@MOF-Ce eliminuje te ograniczenia, umożliwiając prowadzenie procesu w warunkach możliwych do uzyskania w standardowych reaktorach przemysłowych.
Naukowcy podkreślają, że stworzony system jest skalowalny, co zwiększa szanse na jego zastosowanie poza laboratorium. Trwają także prace nad rozwojem technologii – testowane są tańsze metale i prowadzone są badania nad zastosowaniem pomysłu do kolejnych reakcji z udziałem CO₂. Co istotne, nanocząstki i nanoklastry wykorzystane w katalizatorze mogą być wytwarzane zgodnie z opatentowaną przez Uniwersytet Warszawski technologią, co zwiększa potencjał wdrożeniowy projektu.
