Metan, choć mniej powszechny niż dwutlenek węgla, zatrzymuje ciepło w atmosferze ok. 25 razy skuteczniej. Jego emisje pochodzą głównie z rolnictwa, przemysłu energetycznego oraz rozkładu biomasy w wysypiskach. Dotychczasowe metody przekształcania metanu wymagały wysokich temperatur i ciśnień, co ograniczało ich zastosowanie na dużą skalę.
Czytaj też:Metan ulatnia się do atmosfery. Nietypowe źródło emisji gazów cieplarnianych
Prof. Michael Strano z MIT mówi:
Problem z metanem polega na tym, że jest on zarówno zagrożeniem klimatycznym, jak i potencjalnym źródłem cennych surowców chemicznych. Naszym celem jest nie tylko zapobieganie emisji metanu do atmosfery, ale także wykorzystanie go w sposób zrównoważony.
Jak działa nowy katalizator?
Zespół z MIT stworzył hybrydowy katalizator, łączący minerał zeolit (modyfikowany krzemian glinu z żelazem) z enzymem oksydazą alkoholową, naturalnie występującym w bakteriach i grzybach. Proces opisany w czasopiśmie Nature Catalysis przebiega w dwóch etapach: najpierw zeolit przekształca metan w metanol, a następnie oksydaza alkoholowa zamienia go w formaldehyd, jednocześnie generując nadtlenek wodoru.
Czytaj też:Przełomowy katalizator zamienia dwutlenek węgla w cenne paliwo
Nadtlenek wodoru jest ponownie wykorzystywany w reakcji, co czyni system bardziej efektywnym i ekonomicznym. To rozwiązanie pozwala na wykorzystanie tlenu z powietrza do produkcji nadtlenku wodoru, co eliminuje konieczność stosowania drogich substancji chemicznych.
Formaldehyd, powstający w wyniku reakcji, może być używany do produkcji polimerów, takich jak żywice mocznikowo-formaldehydowe, stosowane m.in. w tekstyliach i płytach wiórowych. Dalsze zastosowania obejmują wykorzystanie katalizatora jako powłoki ochronnej w rurach transportujących gaz ziemny. Taka powłoka mogłaby zarówno zapobiegać wyciekom metanu, jak i wytwarzać polimery wykorzystywane w przemyśle.
Eksperci, tacy jak prof. Damien Debecker z belgijskiego University of Louvain, podkreślają znaczenie integracji enzymów i sztucznych katalizatorów:
Połączenie tych dwóch rodzin katalizatorów jest trudne, ponieważ mają one tendencję do działania w dość odmiennych warunkach operacyjnych. Poprzez odblokowanie tego ograniczenia i opanowanie sztuki współpracy chemoenzymatycznej, hybrydowa kataliza staje się kluczem do umożliwienia: otwiera nowe perspektywy, aby prowadzić złożone układy reakcji w zintensyfikowany sposób.
Badania zespołu prof. Strano koncentrują się teraz na rozwijaniu katalizatorów zdolnych do usuwania dwutlenku węgla z atmosfery i łączenia go z azotanami w celu produkcji mocznika, który mógłby być używany do dalszego wytwarzania żywic. Technologia ta ma potencjał nie tylko ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, ale także stworzenia nowych materiałów w sposób bardziej ekologiczny.