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.
