Międzynarodowy zespół naukowców pod kierunkiem badaczy z University of Manchester opracował technologię, która może pomóc eliminować ze spalin samochodowych szkodliwy dwutlenek azotu. Nie koniec na tym, wychwycony gaz będzie można z pomocą wyłącznie wody i powietrza przerabiać na potrzebny w przemyśle nawozów sztucznych kwas azotowy. Przyznajmy, to brzmi trochę na zbyt piękne, by było prawdziwe. Jednak autorzy publikacji na łamach czasopisma "Nature Chemistry" zapewniają, że to nie są bajki.
Kluczem do sukcesu ma być zastosowanie nowoczesnych, silnie porowatych materiałów, tak zwanych sieci metaloorganicznych MOF, które w małej objętości zawierają gigantycznych rozmiarów powierzchnię czynną. Dość powiedzieć, że gram takiego materiału daje powierzchnię czynną wielkości boiska piłkarskiego. To na niej - jak w klatce - wiązany jest dwutlenek azotu.
Stworzony przez badaczy University of Manchester materiał MFM-520 wychwytuje przepływający dwutlenek azotu w obecności innych gazów spalinowych, dwutlenku siarki i dwutlenku węgla, a także pary wodnej. Pracuje przy tym przy normalnym ciśnieniu, a maksimum wydajności osiąga w temperaturze około 45 stopni Celsjusza, w sam raz dopasowanej do warunków pracy układu wydechowego samochodu. Nie koniec na tym. Układ z MFM-520 można wielokrotnie regenerować, odgazowując go lub oczyszczając z pomocą powietrza i wody, otrzymując w zamian... kwas azotowy, istotny surowiec do produkcji nawozów sztucznych.
Wydajny proces wiązania NO2 w tym materiale zbadano metodą rozpraszania neutronów w należącym do Departamentu Energii USA Oak Ridge National Laboratory i metodą dyfrakcji promieni X w Berkeley National Laboratory. Zastosowano też metodę EPR, Elektronowego Rezonansu Paramagnetycznego w laboratorium w Manchesterze. Prowadzono także symulacje komputerowe. Ten projekt jest znakomitym przykładem zastosowania badań neutronowych do analizy struktury i aktywności cząsteczek we wnętrzu porowatych materiałów. Dzięki penetrującym własnościom neutronów mogliśmy śledzić zachowanie cząsteczek NO2 i ich wpływ na całą strukturę MOF - mówi Timmy Ramirez-Cuesta z ORNL. Nasz opis procesu odpowiedzialnego za szybki, gwałtowny przechwyt NO2 pomoże w projektowaniu przyszłych systemów oczyszczania powietrza - dodaje pierwszy autor pracy, Jiangnan Li, doktorant z UM.
To pierwszy materiał typu MOF, który pozwala najpierw przechwycić, a potem przetworzyć toksyczne, gazowe spaliny w cenny dla przemysłu surowiec - mówi dr Sihai Yang z Zakładu Chemii Uniwersytetu w Manchesterze. Globalny rynek dla kwasu azotowego miał w 2016 roku wartość 2,5 miliarda dolarów - dodaje prof. Martin Schröder, dziekan Wydziału Nauki i Inżynierii UM. Producenci zainteresowani naszą technologią MOF mogliby zredukować część kosztów, albo nawet zwiększyć sobie zyski, sprzedając kwas azotowy. Tym bardziej, że do jego wytwarzania potrzebna jest już tylko woda i powietrze - zauważa.
Autorzy pracy przekonują, że ta technologia może przynieść istotny postęp w oczyszczaniu spalin samochodowych i pomóc w ograniczeniu szkodliwych dla środowiska skutków emisji NO2.
W przeszłości próby przechwytywania gazów, toksycznych lub cieplarnianych były mało wydajne ze względu na ich małą koncentrację i fakt, że procesy te często utrudniała obecna w powietrzu para wodna. Niełatwo było też znaleźć sposób regeneracji tego typu filtrów i przetworzenia wyłapanych gazów na coś pożytecznego. Materiał MFM-520 wydaje się rozwiązywać wszystkie te problemy.
Jeśli zależy nam na czystości powietrza i przyszłości motoryzacji chyba powinniśmy trzymać kciuki, by to wszystko okazało się prawdą.