Čeští vědci mají unikátní metodu výroby metanolu (newstream.cz)

Stanislav Šulc, newstream.cz

Čeští vědci jsou kousek od přelomové technologie. Pomocí inovativní metody by lidstvo mohlo velmi levně z metanu vyrábět metanol, čímž by se snížilo množství spotřebovávané ropy a emise skleníkových plynů. Česká metoda, která vzniká v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR a jejím spin-offu METTOC, by mohla být výrazně levnější než dosavadní procesy výroby metanolu. „První vzorky našeho katalyzátoru se budou testovat pro projekt výroby metanolu z flérovacích plynů na Blízkém východě, a to je první potenciální licenční partner,“ říká šéf výzkumu a člen správní rady METTOC Jiří Dědeček.

Zkuste laikovi vysvětlit, proč je tak důležité měnit metan na metanol?

Důvodů je spousta, ale ty hlavní jsou následující. Metanu ve formě zemního plynu je jako energetické suroviny dostatek. Ale je to plyn, takže při těžbě a manipulaci uniká do atmosféry. A je to plyn s výrazným skleníkovým efektem, jeho emise jsou o hodně horší emise než CO2, na něž se metan přeměňujeme spalováním. Kdybychom metan převedli na kapalný metanol, odstranili bychom úniky metanu. A kapaliny se skladují a dopravují o hodně jednodušeji. Z metanolu bychom mohli vyrábět celou řadu produktů od plastů po syntetická paliva. Takže bychom jím nahradili část ropné produkce. A to přeci lidstvo požaduje.

Obrázek

Jak se tedy metanol vyrábí?

Já jsem se ještě ve škole učil, že vzniká například kvašením bukového dřeva, při dnešních objemech ale ze syntézního plynu.

A vyrábět ho z metanu je tedy vaše inovace?

Ne, metanol z metanu se vyrábí již nějakou dobu, ale je to energeticky mimořádně náročné. Za vysokých teplot se metan nechá zreagovat s vodou bez přístupu vzduchu, metan tím rozebereme, „utrháme“ mu všechny vodíky a vznikne nám oxid uhelnatý a vodík, tj. syntézní plyn. Vedle energetické náročnosti to vyžaduje také ohromné zařízení velikosti rafinérie. Celkově to je opravdu drahé, ať už investičně, tak také samotná produkce.

A co je pak ten finální produkt?

Z této vysoce reaktivní směsi pak můžete udělat třeba benzín nebo právě metanol. Ostatně tuto metodu jsme uměli již za první republiky a Němci na syntetický benzin z Litvínova dojeli až ke Stalingradu. Jenom na litr benzínu potřebovali hromadu uhlí, takže se to vyplácí jen tam, kde je uhlí a ne ropa. Svého času to užívali v Jihoafrické republice.

Takže cíle jsou dílem ekologické, dílem ekonomické?

Obojí. Jde o to, že metanu je spousta, a musíme vymyslet, jak jej co nejefektivněji přeměnit v metanol (tedy z plynné látky na kapalinu), s nímž můžeme snáze manipulovat a využít jej k produkci různých potřebných látek. Například je zde využití flérovacích plynů, což je vlastně zemní plyn, který se uvolňuje při těžbě ropy a zatím se pálí. Takže zdroj metanu je minimálně zadarmo, a při jeho využití odpadnou zbytečné emise CO2. A ještě důležitější je syntéza metanolu při výrobě syntetických paliv.

Existuje na světě už nějaká výroba syntetického paliva?

Například Porsche spustila již v roce 2022 výrobu v Chile v Punta Arenas, kde dokonce vyrábějí syntetický benzín za využití větrné elektřiny. Věří, že je to zachrání od nutnosti kompletně přejít na elektromobilitu a dostali na to i výjimku od Evropské komise.

Je to efektivní?

Vyrobí zhruba 5000 tun paliva. Když to srovnáte se standardními, tedy fosilními rafinériemi, tak tam se o ekonomice dané investice začíná mluvit od 1 milionu tun výš. Navíc výrobní cena jednoho litru tohoto syntetického paliva je až 500 korun na litr. To je o řády výš než u standardního paliva. Navíc je problém, že to nejde příliš škálovat směrem nahoru. Podstatnou roli totiž hraje iridium v elektrolyzérech, a kdybychom se chtěli dostat na deklarovanou úroveň výroby vodíku, nebylo by ho dost. A veškeré další alternativy vodíkových elektrolyzérů jsou v kombinaci s obnovitelnými zdroji výrazně méně efektivní než iridiové.

Obrázek

Pojďme tedy k vaší metodě. Co je její podstatou?

Zjednodušeně jsme dali proti sobě dva atomy železa v přesně stanovené vzdálenosti od sebe, pustili na ně kyslík a podařilo se nám rozdělit molekulu O2 na dva samostatné atomy kyslíku, takzvané alfa-kyslíky, které jsou navázané na železe a jsou velice reaktivní. Ty pak umějí oxidovat metan za vzniku metanolu. Pro mě jako vědce je krásné to, že jsme přišli na něco, co nikde v přírodě nenajdete.

A to se doposud nikomu nepovedlo?

O možnosti oxidovat metan atomy kyslíku na metanol se vědělo již od devadesátých let, objevili to Rusové. Problém byl, že ten aktivní kyslík vyráběli z N2O, což je látka ještě dražší než samotný metanol. Později přibyl i další postup, pomocí molekulárního kyslíku, ale ten vyžaduje vymýt metanol vodní párou, která ale zničí aktivní centra. Nám se povedlo roztrhnout tu kyslíkovou molekulu, a zároveň nepotřebujeme vodu pro vymytí metanolu.

Tedy vaše metoda by měla výhodu v tom, že by metanol vznikal při ekonomicky přijatelnějších podmínkách?

Ano, v zásadě by to mohlo probíhat za pokojové teploty a atmosférického tlaku.  Výhodou pak je, že se výsledný produkt i za pokojové teploty těch želez zase pustí, a to v plynné formě. Vznikne tedy metanol, zůstanou zbytkový metan a CO2, to v celém systému zpět recyklujeme. Pro praktické využití ale z technologických důvodů počítáme s použitím zvýšené teploty i tlaku.

Jak daleko jste v rámci výzkumu?

My víme, že to experimentálně funguje, ačkoli tomu nikdo nevěřil. Asi vám to nic neřekne, ale daří se nám vyrobit 2000 mikromolů metanolu na gram katalyzátoru za hodinu. Podstatné ale je, že podle odborníků by mělo stačit 3000 mikromolů na to, abychom tuto metodu mohli využít na flérovací plyny. A nám se již v laboratorním měřítku podařilo vyvinout vzorky, které by ale mohly být deset- i patnáctkrát lepší. Zároveň však ještě nevíme, jak je vyrábět v tunových množstvích.

Takže to je další směr, kterým se budete ubírat? Vybrat ten nejlepší katalyzátor?

Máme vytypovaných asi 25 vzorků, ale to už není práce ústavu, to už totiž není úplně ten akademický výzkum. Ale i proto jsme vytvořili spin-off se společností METTOC. To už by měl mít na starosti právě spin-off. Jinak jak jste se ptal, jak jsme vlastně daleko, na škále od 1 do 9, kdy devítka představuje komerční využití, jsme mezi čtvrtým a pátým stupněm. Ale musí zaznít, že zdaleka není vše vybojováno, může nastat celá řada v tuto chvíli neznámých komplikací. Jinak ona to nemusí být ve finále jen jedna látka, ale pro různé technologie klidně různé katalyzátory s mírně odlišnými vlastnostmi.

Jak tedy vlastě dělíte práci na tomto projektu mezi váš domovský ústav a spin-off? A jak bude fungovat spolupráce?

Spin-off má exkluzivní licenční práva na využití této metody, jde o potenciálně globální projekt, o nějž budou mít zájem největší těžební společnosti světa. My jsme se takto domluvili s investorem, který sám inicioval to, aby ústavu zůstala možnost podílet se na komercionalizaci projektu. Dnes již můžeme oznámit, že první vzorky našeho katalyzátoru se budou testovat pro projekt výroby metanolu z flérovacích plynů na Blízkém východě, a to je první potenciální licenční partner.

Takže veškeré patenty drží ústav?

Ano, to se nám podařilo a je to důležité. Přitom to často není vůbec snadné a má to přinejmenším jedno zásadní úskalí, které musíte řešit. Základním vědeckým výsledkem je článek. Jenomže co zveřejníte, na to už si nemůžete udělat patent. Vy ani nikdo další. Jenže, celá česká věda je v současnosti financovaná projektově, tedy prostřednictvím grantů. A abyste je splnili, musíte mít články v impaktovaných časopisech. Takže musíte velmi opatrně vážit, co a kdy zveřejnit.

Jiří Dědeček
Český vědec, člen Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd a člen správní rady společnosti METTOC. Za výzkum možnosti přeměny metanu na metanol získal ocenění Česká hlava.

Odkaz na článek