Vědcům z americké Oak Ridge National Laboratory se podařilo relativně levně a efektivně vyrobit alkohol z oxidu uhličitého. Pokud se jejich postup promění v provozní technologii, zažene to vrásky z čela všem, koho trápí limity na vypouštění plynu obviněného z globálního oteplování.

"Nový postup je významným krokem ke snížení znečištění a k ekonomice, která produkuje nulové emise oxidu uhličitého," komentoval úspěch amerických vědců Jeremy Martin z organizace Union of Concerned Scien­tists zabývající se problémy vztahu vědy, životního prostředí a civilizace.

Naděje pro alternativní zdroje

Oxid uhličitý je konečným produktem spalování, takže civilizace ho produkuje opravdu hodně. Od té doby, co byl prohlášen za ekologického škůdce číslo jedna, si vědci lámou hlavu, co s ním. Nápad postup obrátit a získat z nežádoucí zplodiny opět palivo, není nijak nový, ostatně zelené rostliny to umí už miliony let. Ale všechny pokusy přírodu v tomto ohledu napodobit ztroskotaly na ekonomické efektivnosti.

Při spalování organických látek (například fosilních paliv) se v ideálním případě uvolňuje energie za vzniku oxidu uhličitého a vodní páry. Teoreticky by tedy neměl být problém postup obrátit: smíchat CO2 s vodou a dodat energii. Výsledkem by pak byla nějaká jednoduchá organická sloučenina, nejlépe alkohol. Nikoliv kvůli konzumaci, ale proto, že se jako pohonná hmota už běžně používá, takže s jeho distribucí a spotřebou by nebyly problémy. Energetická politika mnoha zemí klade rostoucí důraz na etanol i proto, aby snížily svou závislost na fosilních palivech.

Ani nutnost dodat do reakce energii nepředstavuje překážku − právě naopak: výroba alkoholu z oxidu uhličitého by se tak stala skvělým způsobem uskladnění nadbytečné elektřiny z alternativních zdrojů. Vyrábět palivo do zásoby by tak bylo možné v kteroukoliv dobu − i tehdy, když se vítr rozhodne foukat nebo slunce svítit právě tehdy, když energie není zapotřebí.

V reálném životě to ale tak jednoduché není. Chemikové sice takové reakce dokážou realizovat už dlouho, ale s nízkou výtěžností, velmi složitě a draze. Hlavním důvodem byla nutnost použití katalyzátorů, které obsahují drahé kovy, především zlato, stříbro nebo obzvlášť účinnou, ale nedostatkovou platinu. Další problém představoval složitý postup, kdy se konečný produkt objevil až po několika po sobě jdoucích reakcích.

Ukládání elektřiny do alkoholu proto až dosud bylo ještě mnohem méně efektivní než do klasických akumulátorů − pro průmyslovou praxi jsou takové postupy nepoužitelné. Tým vědců z Oak Ridge National Laboratory se snažil všechny tyto problémy obejít.

"Vzali jsme oxid uhličitý, který je nechtěným produktem spalování, a zkoušeli jsme různé způsoby, jak tento proces obrátit," vysvětluje Adam Rondinone, vedoucí vědeckého týmu, který nový postup objevil. "K našemu překvapení jsme přitom získali etanol hned v prvním kroku, a nikoliv postupně, jak jsme původně očekávali."

Měď místo drahé platiny

Klíčem k úspěchu bylo využití nanotechnologických postupů. Díky nim vědci vytvořili plochy s obrovským aktivním povrchem, na němž byly nanostruktury z atomů mědi a uhlíku. Ty fungovaly stejným způsobem jako drahé platinové katalyzátory: v jejich přítomnosti a za působení elektrického napětí docházelo k reakcím ve vodním roztoku oxidu uhličitého. Na rozdíl od dosud známých postupů ale velmi levně, protože měď i uhlík jsou běžně dostupné. Překvapením byla i dosud nedosažená výtěžnost procesu, která dosahovala až 63 procent.

"Vlastně jsme na to přišli náhodou," přiznává Adam Rondinone. "Překvapilo nás i to, že se alkohol objevil ve velkém množství," dodává.

Pozdější analýza procesu ukázala, že na nanostrukturách z atomů uhlíku a mědi probíhá několik chemických reakcí souběžně. Reakce se navíc odehrávají za pokojové teploty a v jednoduché aparatuře, což dává naději na průmyslové využití. Vědci na postup přišli už roku 2014, další dva roky jej ověřovali a teprve letos v říjnu se rozhodli svou práci zveřejnit.

Tým z Oak Ridge National Laboratory není jediný, který se snaží ze skleníkového plynu vyrábět alkohol. Stejný cíl sleduje například Minoru Umeda z japonské Nagaoka University of Technology. I on přivádí do reakce oxid uhličitý rozpuštěný ve vodě za působení elektrického napětí. Na rozdíl od amerických vědců ale vidí klíč k úspěchu v použití elektrolytu s obsahem polymerů.

Jiní vědci se zase snaží napodobit rostliny ještě důsledněji: chtějí oxid uhličitý pomocí světla rozkládat na kyslík a uhlík, případně za přítomnosti vody opět na alkohol. Odpadla by tak nutnost používat elektřinu z nadprodukce fotovoltaických elektráren, protože solární panely by přímo vyráběly palivo. Přírodní fotosyntetické cykly ale jsou neobyčejně složité a k jejich prakticky použitelnému napodobení ještě vede dlouhá cesta.