Chemií proti oteplování planety aneb Jak česká vědkyně pomáhá v boji se skleníkovým plynem

Chemici hledají řešení, jak oxid uhličitý přeměnit na užitečné látky. Umožnil by to katalyzátor, na jehož vývoji se podílí i česká vědkyně.

Eva Krupičková Pluhařová

L’Oréal-UNESCO Pro ženy ve vědě

Vědkyně Eva Krupičková Pluhařová se podílí na vývoji katalyzátoru pro přeměnu oxidu uhličitého

K chemii se dostala na střední škole díky profesorovi, který ji dokázal nadchnout pro přírodní vědy. Dnes je Eva Krupičková Pluhařová součástí vědeckého uskupení, které se snaží prostřednictvím elektrochemické redukce přeměnit neblaze proslulý skleníkový plyn oxid uhličitý na látky, které lze následně využít například v chemickém průmyslu. Za svůj projekt získala v červenci ocenění od Talentového programu L’Oréal-UNESCO Pro ženy ve vědě.

S mladou vědkyní se setkáváme v jejím působišti, Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského, který spadá pod Akademii věd ČR. Zde se Eva Krupičková Pluhařová věnuje molekulovým simulacím, pro něž využívá počítačový klastr, který je schopný přelouskat náročné propočty. Sama sebe označuje jako výpočtářku. Její role v týmu, jehož je součástí, je díky jejím znalostem a schopnostem svým vhledem doplňovat prováděné experimenty nenahraditelná.

„Už během studií na vysoké škole jsem realisticky usoudila, že experimentální odnož chemie plná bouchání a barevných proměn není pro mě. Takže jsem raději zůstala u teorie, což mi umožnil profesor Jungvirth z Ústavu organické chemie a biochemie, který se věnuje počítačovému modelování různých chemických procesů. Právě u něj jsem začínala,“ vypráví Krupičková Pluhařová.

Počítačové simulace mimo jiné pomáhají lépe porozumět chování enzymů a membrán v buňkách v lidském těle – například jak na ně působí léčiva nebo záření, čehož se dá následně využít v medicíně. Aby však byly výsledky simulací spolehlivé, je nejprve třeba popsat a pochopit modelové systémy.

Během doktorských studií tak Krupičková Pluhařová pravidelně jezdila do Berlína na Freie Universitat, kde pro zmíněné modelové systémy využívala superpočítačové centrum. Konkrétně zkoumala iontové párování ve vodných roztocích, které je důležité pro jakýkoliv proces probíhající ve slané vodě, tedy i v buňkách.

Eva Krupičková Pluhařová Ústav fyzikální chemie

Foto: L’Oréal-UNESCO Pro ženy ve vědě

Mladá vědkyně působí v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského

Působila i dva roky na postdoktorandské pozici na pařížské univerzitě ​​École Normale Supérieure, kde se začala více soustředit na katalýzu, které se věnuje i dnes. „Pracovala jsem na projektu, který se věnoval enzymové katalýze v organických rozpouštědlech. O chemii se zjednodušeně dá říct, že zkoumá přeměny látek. A právě katalyzátor umožňuje najít efektivnější cestu, jak přeměnu provést,“ vysvětluje vědkyně.

Právě takové přeměně se Kupičková Pluhařová věnuje poslední tři roky. Společně s experimentální skupinou profesorky Roithové v nizozemském Nijmegenu a profesora Meijera v Amsterdamu se snaží vyvinout takzvaný klecový katalyzátor, který by se dal využívat po zachycení oxidu uhličitého v místě jeho vzniku, a pro jeho následnou přeměnu v látky, které poslouží jako surovina v rozličných výrobních procesech.

„O něco takového se snaží více vědeckých skupin po celém světě. Oxidu uhličitého je v atmosféře sice hodně, ale pořád jde o tak nízké koncentrace, že je velmi těžké ho efektivně vychytávat. V současnosti to dobře umí jen rostliny, které ho navíc dokáží přetvořit v kyslík,“ přibližuje Krupičková Pluhařová.

Skupina, v níž působí, tak pracuje na vývoji katalyzátoru, který v první fázi půjde využít například v továrně či elektrárně. Tedy přímo v místech, která jsou zdrojem nežádoucího plynu. Zde se může zařízení s katalyzátorem umístit a plyn „chytat“ a dále využívat. Klíčový moment pak nastává díky elektrochemické redukci, jejímž výsledkem může být například oxid uhelnatý, metanol nebo kyselina mravenčí.

Jenže v současnosti neexistuje mechanismus, který by byl schopný tento proces dostatečně urychlit a byl tak atraktivní pro využití přímo v průmyslu. Dosud vyvinutá zařízení nejsou dostatečné efektivní, navíc během elektrochemické redukce dochází k četným nechtěným reakcím a vzniku nežádoucích látek. „V tomto ohledu jsou důležité právě katalyzátory. Pomáhají nám celý proces zefektivnit, zbavit se nechtěných kanálů a vybrat si jen ten, který chceme,“ dodává Krupičková Pluhařová.

Při docílení efektivní reakce by se tak daly z oxidu uhličitého získat zmíněná kyselina mravenčí, metanol nebo oxid uhelnatý – konkrétně ten se dá spalovat pro získání energie nebo jako meziprodukt chemické výroby. V každém případě jde o suroviny, se kterými se dá pracovat v chemickém průmyslu. Mladá vědkyně sice dodává, že se zmíněné látky samozřejmě dají vyrobit i jinak, ale když lze tímto způsobem využít oxid uhličitý, který by se jinak vypustil do atmosféry, celý proces získává úplně jiný přídech.

O chemii se zjednodušeně dá říct, že zkoumá přeměny látek. A právě katalyzátor umožňuje najít efektivnější cestu, jak přeměnu provést.

Dle Krupičkové Pluhařové je ale celosvětový výzkum stále v základní fázi, tedy před komerčním využitím, a vědci se mu snaží lépe porozumět. A je to potřeba, protože v následujících letech budeme jako společnost stále více řešit, jak nakládat s přebytečným oxidem uhličitým a jak snížit jeho koncentraci v atmosféře. Průmysl může zefektivnit své procesy a vypouštět plynu méně, ale když se mu to nepodaří, bylo by skvělé, kdyby ho mohl poslat do elektrolyzéru a pak ho dále využít.

„Nakládání s oxidem uhličitým zatím vypadá v některých továrnách například tak, že se nechá zreagovat s vápnem. Jednoduše se napustí do nádrží s vápennou vodou a vznikne uhličitan vápenatý, tedy neškodná látka, která se dá bezpečně skladovat a případně využít ve stavebnictví. I tak dochází k tomu, že se někde kupí nevyužité suroviny místo toho, abychom přeměněný oxid uhličitý poslali zpět do výroby,“ kroutí hlavou vědkyně.

L’Oréal-UNESCO Pro ženy ve vědě

L’Oréal-UNESCO Pro ženy ve vědě

Vědkyně získala ocenění od Talentového programu L’Oréal-UNESCO Pro ženy ve vědě

Mechanismus, který se nyní Krupičková Pluhařová snaží s týmem dalších vědců pochopit a vytvořit z něj nástroj pro praktické využití, tak zapadá do stávajícího trendu cirkularity. Z látky, které je kolem nás spousta a které se snaží všichni zbavit, by vytvořil surovinu. Celý proces by navíc přispěl k zastavení rostoucí koncentrace nežádoucího plynu v ovzduší.

Vědecká komunita má nyní za to, že mechanismus přeměny oxidu uhličitého pomocí tohoto typu katalyzátoru třeba na takový oxid uhelnatý už zná. Ale nemá pro ni experimentální důkaz. „Máme pocit, že jsme ten mechanismus pochopili a že dokážeme předvídat, jak se bude chovat, ale chová se pořád trochu jinak. Nyní se ho tak snažíme vylepšovat a ještě lépe ho poznat.“

Možným řešením bude navržení jiných struktur, které zmiňovanou přeměnu usnadní. Vědci jsou nyní ve fázi slušného poznání, ale stále potřebují základní výzkum, aby mechanismus do hloubky pochopili a správně ho zacílili. Zapojení odborníků a odbornic, jako je právě Eva Krupičková Pluhařová, je tak pro další rozvoj esenciální.

Vědkyně na závěr rozhovoru zmiňuje, že se na Ústavu fyzikální chemie zapojuje do výzkumného programu své studenty. Po vzoru svého profesora ze střední školy se je snaží nadchnout pro vědeckou kariéru. „Tento sociální aspekt je pro mě velmi důležitý. Studenty zapojuji, diskutuji s nimi a snažím se, aby sami přicházeli s nápady a různými příspěvky. Výsledkem tak mohou být odborníci, kteří mohou být v budoucnu pro svět nesmírně užiteční.“

Sára Goldbergerová

Grafomanka, která má pořád hlad a v těle jí místo krve koluje ramen a káva černá jako bezměsíčná noc. Vyzná se ale také v realitách, miluje Japonsko, Blade Runnera a Nabokova.

Grafomanka, která má pořád hlad a v těle jí místo krve koluje ramen a káva černá jako bezměsíčná noc. Vyzná se ale také v realitách, miluje Japonsko, Blade Runnera a Nabokova.