Slovensko
Médiá

Priekopnícky mysliteľ – vtedy a dnes: Katalýza

20160705_creating-chemistry_doebereiner.jpg

Priekopnícky mysliteľ – vtedy

Chemik samouk Johann Wolfgang Döbereiner objavil platinovú katalýzu a pomohol položiť základy pre zostavenie periodickej tabuľky prvkov.

20160705_creating-chemistry_schueth.jpg

Priekopnícky mysliteľ – dnes

Ferdi Schüth rád prijíma nové výzvy. Jeho súčasný výskum je zameraný na chemické základy energie budúcnosti.

V roku 1823 sa 43-ročnému chemikovi Johannovi Wolfgangovi Döbereinerovi podarilo zapáliť zmes oxyhydrogénu pomocou katalytického efektu platinovej huby. Preňho to bol „kontaktný fenomén“, dnes sa považuje za jeden z najdôležitejších objavov ranej katalytickej chémie. Platinová huba dokáže zrýchliť reakciu medzi vodíkom a kyslíkom, a pritom si zachováva takmer nezmenenú hmotnosť aj chemické zloženie – čo je jedna zo špecifických vlastností všetkých katalyzátorov. Pri tejto reakcii sa uvoľní také množstvo energie, že sa okamžite vytvorí plameň. Döbereiner, fascinovaný týmto javom, vedel, ako svoj objav premeniť na úspešnú technológiu: vynašiel platinový zapaľovač. Zo zapaľovača sa stal mimoriadne vyhľadávaný tovar a katalytický proces, ktorý stál za jeho vynálezom, sa stal míľnikom a hybnou silou v chémii.

Už o rok nato – po tom, ako pozoroval, že oxyhydrogén môže aj vybuchnúť, a to za použitia zmesi irídia a osmia – Döbereiner formuloval princíp zmiešaných katalyzátorov, ktoré sa neskôr začali používať v chemickom priemysle. V tom čase bol Döbereiner už 14 rokov odborným asistentom chémie, farmácie a technológie. Tento post zastával sčasti aj vďaka podpore Johanna Wolfganga von Goetheho, jedného z najvýznamnejších nemeckých spisovateľov a polyhistorov.

Döbereiner bol samouk; nedokončil žiadnu školu a neštudoval ani na žiadnej univerzite. Bol synom kočiša a jeho jediným vzdelaním bolo vyučenie sa za lekárnika. Zaujal však Goetheho pozornosť svojimi spismi o chemicko-praktických javoch. Goethe, ktorý sa neskôr stal ministrom kultúry, pomohol Döbereinerovi zaistiť miesto na Jenskej univerzite. Rok po jeho menovaní udelila filozofická fakulta Döbereinerovi titul doktora filozofie ako prejav uznania za jeho doposiaľ publikované práce, o ktorých sa hovorilo, že „nepochybne nesú znaky geniality a dokonalosti“.

Z vďačnosti za príležitosti, ktorých sa mu dostalo, zostal Döbereiner v Jene až do svojej smrti v roku 1849 aj napriek tomu, že dostal ponuky aj z iných renomovaných univerzít. Jeho trvalé dedičstvo je vytesané do kameňa v podobe nápisu na jeho náhrobnom kameni: „Poradca Goetheho, tvorca triadického systému, objaviteľ platinovej katalýzy“.

Krátko po Silvestri 1971 sa 11-ročný Ferdi Schüth definitívne rozhodol, že keď vyrastie, chce byť chemikom. Jeho nadšenie podnietil okamih, keď naplnil použité petardy pušným prachom, ktorý predtým zmiešali jeho kamaráti. Petardy síce neleteli, ale zato narobili poriadny rámus. O rok neskôr si zriadil chemický kútik v suteréne ich rodinného domu a pokračoval v pozorovaní toho, čo sa stane, keď sa látky zmiešajú dohromady. „Len samotná túžba vidieť, či niečo funguje, je dodnes mojou hlavnou motiváciou pre úspešný výskum,“ hovorí profesor Dr. Schüth, ktorý je dnes ako úspešný vedec držiteľom mnohých ocenení a prestížnych postov, napríklad: viceprezident Spoločnosti Maxa Plancka, riaditeľ Inštitútu Maxa Plancka pre výskum uhlia (Max Planck Institut für Kohlenforschung) či laureát ceny Carla Friedricha von Weizsäckera a Leibnizovej ceny – aby sme vymenovali aspoň niektoré.

Vďaka svojej zvedavosti – ako aj skutočnosti, že mal vlastný spôsob uvažovania – Schüth dokázal prísť na objav, ktorý mal doposiaľ najväčší dosah: je ním vysokovýkonná technológia pri katalýze (pozri rámček). V roku 1996 sa zúčastnil na vedeckom kolokviu na tému, ako možno rýchlejšie vyvíjať nové a lepšie katalyzátory. Uvažovaným modelom bolo vysokovýkonné experimentovanie, ktoré využíval farmaceutický priemysel na urýchlenie výskumu nových účinných látok. Avšak vedci rýchlo vyjadrili pochybnosti o tom, či by sa táto metóda dala realizovať aj v omnoho náročnejších podmienkach, aké sú v ropných rafinériách či pri výrobe základných chemikálií. Myšlienka ale zaujala Schütha, v tom čase profesora na Goetheho univerzite vo Frankfurte nad Mohanom, a už počas podujatia si začal zaznamenávať svoje prvé nápady. Keď sa vrátil do inštitútu, spýtal sa svojich doktorandov, či má niekto z nich záujem o ďalšie rozvíjanie tejto myšlienky. Približne po roku spoločného výskumu bol spustený prvý vysokovýkonný reaktor. V roku 1999 bola založená spoločnosť hte, ktorá mala tento proces uviesť na trh. „Vedecký problém tak viedol k vzniku novej technológie,“ hovorí Schüth.

Jednou z otázok, na ktorých tento chemik momentálne pracuje, je, ako možno vyrábať katalyzátory na mieru až po úroveň atómov. Zaujíma sa tiež o nové zdroje energie, ako je vodík či palivá z dreveného odpadu, a ich skladovanie a katalytickú konverziu – inými slovami, o chemické základy energie budúcnosti. Schüth je navyše vždy pripravený na novú výzvu či priekopnícke názory.

Katalýza: Molekulárny pomocník a hnacia sila v chémii

Katalyzátor je v podstate akýsi dohadzovač. Jeden z dvoch znakov, ktoré v čínštine tvoria slovo „katalyzátor“, je v skutočnosti rovnaký ako znak pre „sprostredkovateľa manželstva“. V skúmavke sa katalyzátor chopí želaných partnerov do reakcie, rozpustí ich staré väzby a rýchlo spojí tých správnych partnerov, aby vznikla nová chemická zlúčenina. Urýchľuje reakcie bez toho, aby sa sám zničil – aj keď v určitom bode môže začať vykazovať známky starnutia.

Katalyzátor zároveň šetrí energiu. Z týchto dôvodov sú katalyzátory dôležitým nástrojom v chémii, kde sa dnes používajú vo viac ako 90 % všetkých chemických výrobných procesov. Výroba mnohých predmetov každodennej potreby – vrátane liekov, hnojív, farbív či plastov – by bez tejto zásadnej technológie nebola možná.

Spoločnosť hte GmbH: Turbo testovanie pre chemické urýchľovače

Vďaka procesu, ktorý vyvinul profesor Dr. Ferdi Schüth spolu s výskumnými pracovníkmi zo spoločnosti hte v nemeckom Heidelbergu, môže teraz hľadanie nových a účinnejších katalyzátorov prebiehať stokrát rýchlejšie, než bolo možné ešte pred pár rokmi. Názov spoločnosti „hte“ je anglickou skratkou tohto procesu: „high throughput experimentation“ (vysokovýkonné experimentovanie). Táto metóda je založená na paralelnom a automatizovanom prístupe a umožňuje vedcom v Heidelbergu vykonávať súbežné chemické testovanie mnohých katalyzátorov.

Spoločnosť hte v súčasnosti prevádzkuje viac ako 50 rôznych reaktorových systémov, od zariadení na skríning katalyzátorov až po veľké skúšobné zariadenia priemyselného testovania na optimalizáciu procesu. Spoločnosť je od roku 2012 stopercentnou dcérskou spoločnosťou spoločnosti BASF SE a dnes má približne 270 zamestnancov.

Súvisiaci obsah