Segíthet a környezetvédelemben és a szénhidrogén-iparban

Már a 19. század elején megfigyelték, hogy a vegyi reakciók során bizonyos, a keverékben jelen lévő anyagok egészen apró mennyiségben is felgyorsítják a kémiai átalakulásokat, miközben maguk változatlan formában és mennyiségben maradnak a reakcióelegyben. Ezek a katalizátorok, melyek lényegét a híres svéd vegyész, Berzelius írta le. Most azonban valami egészen új jelenséget figyeltek meg a tudósok.

Azóta ismerjük a katalízis fogalmát, ami mára a gazdaság jó részét életben tartó vegyipar alapvető folyamata.

Jelenleg a világpiacon 15-20 milliárd dollárra becsüli a katalizátorok forgalmát. Ha csak az üzemanyagokban lévő katalizátorra gondolunk, ezek értéke mindössze egytized százalékát teszi ki az üzemanyagok értékének, s 0,22 százaléka az összes petrokémiai termék árának. A katalizátorok nélkül ezeket mégsem lehetne előállítani. Ma az összes vegyianyag 85 százalékát katalizátorok segítségével állítják elő.

Ezek sok esetben fémek, illetve azok vegyületei. Habár a reakciók során nem fogynak el, hatásuk idővel mégis gyengülhet, vagy akár meg is szűnhet, mivel vagy a folyamat során használt oldószerek, vagy a reakciópartnerek valamelyike tönkreteheti „megmérgezheti” a katalizátort. Sokszor ez azért következhet be, mert a katalizáló hatást nem a kizárólag a katalizátor kémiai természete, hanem felületének érzékeny finomszerkezete, nanostruktúrája fejti ki. Nem mindegy tehát, mennyi katalizátort kell felhasználni és milyen gyakran kell ezeket cserélni.

Ezért lehet óriási jelentőségű egy új megoldás, mellyel a katalizátorral való közvetlen érintkezés nélkül is felgyorsíthatók a kémiai folyamatok. A Northwestern University vegyészeinek megoldásában a szóban forgó reakciót egy másik, teljesen független vegyi folyamatban létrejött köztes termék gyorsítja fel.

A kutatók a Science Advances folyóiratban közzétett eredményük szerint egy bonyolult szerves reakció vizsgálata közben vették észre, hogy egy többféle műanyag előállításában fontos szerepet játszó szénhidrogén oxidációjához egy kémiailag függetlenül, de azonos reakcióelegyben lezajló másik reakcióban létrejövő köztes anyagtól az oxidáció beindul és felgyorsul. A másik reakció kiinduló anyagaival, illetve a katalizátorral külön-külön érintkezve nem történt semmi, csak ha a folyamat köztes anyaga megjelent. Ez azt jelenti, hogy ez az ún. köztitermék szolgált a második reakció katalizátorául.

A kutatók a kezdeti sikertől felbátorodva olyan rendszereket szeretnének kifejleszteni, amelyek katalizátorait az így elkülönítve kezelt reakció alapanyagai vagy oldószerei egyébként tönkre tennék. Meg lehetne így tisztítani például egy szennyezett folyóvizet akkor is, ha a víz egyes komponensei tönkre tennék a katalizátort. A katalizátorként ható köztes anyag egy elkülönített térben jönne létre, de képes áthatolni a térelválasztó membránon és beindítja a szennyező anyagok lebontását.  Ezzel az eljárással a kutatók szerint könnyebbé válhat a motorbenzin előállítása, vagy a földgáz folyékony tüzelőanyaggá, illetve egyéb vegyianyagokká történő átalakítása is.