Od vynálezu k praxi. Firma vyzkouší metodu jednodušší výroby metanolu

Katalyzátor, který umožňuje efektivní přeměnu metanu na metanol, vyvinuli vědci z týmu Jiřího Dědečka z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. V roce 2020 za jeho objev získali prestižní vědecké ocenění Česká hlava. Nový postup je levnější než stávající metoda výroby a umožňuje využití odpadních surovin. Nyní nastává fáze, v níž se bude testovat využití techniky v průmyslových podmínkách. Postará se o to spin-off společnost, jež vznikla majetkovým vstupem ústavu do firmy METTOC, SE.

Metanol je důležitou surovinou pro chemický průmysl a předpokládá se, že poptávka po ní dále poroste. V současné době je ale proces její výroby poměrně náročný a finančně nákladný. Metanol se vyrábí ze syntézního plynu – směsi vodíku a oxidu uhelnatého katalytickou hydrogenací oxidu uhelnatého. Syntézní plyn se vyrábí reakcí vody s metanem.

Oba procesy vyžadují vysokou teplotu a tlak. Celý postup je obtížný a vyplácí se pouze ve velkém měřítku. Proto také menší rozptýlené zdroje metanu, například flérovací plyny uvolňované při těžbě ropy nebo bioplynu, zůstávají zcela bez užitku.

Nová metoda

Tým Jiřího Dědečka popsal nová reakční centra, která dovedou aktivovat kyslík dosud neznámým způsobem a použít ho k oxidaci metanu na metanol. Přímá oxidace molekulárním kyslíkem je podle vědců cestou, jak snížit náklady a usnadnit výrobu metanolu.

K rozštěpení kyslíku se používají dva kationty přechodového kovu, například železa, které se umístí naproti sobě do vzdálenosti asi sedmi desetimiliontin milimetru. Zásadní roli zde hraje zeolit, jenž takovou strukturu umožňuje vytvořit. „Zjednodušeně jde o děravý křemen a jeho jedinečnost spočívá v tom, že atomy křemíku a kyslíku vytvářejí propojenou strukturu kanálků a dutin, do kterých se vejdou menší molekuly. Když jsou v jeho kanálech přítomná reakční centra, stávají se zeolity ideálním materiálem pro využití v katalýze,“ vysvětlil Jiří Dědeček před časem v rozhovoru pro časopis A / Věda a výzkum a webové stránky AV ČR.

AV ČR/Jana Plavec: Od vynálezu k praxi. Firma vyzkouší metodu jednodušší výroby metanolu

Na fotografii výše zleva: Vědecký tým ve složení Štěpán Sklenák, Jiří Dědeček a Edyta Tabor získal v roce 2020 Českou hlavu. (CC), zprava: AC ČR Laboratoř Jiřího Dědečka v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR (CC).

Uvedení na světový trh

Objev vypadá velmi slibně, ale bude nutné ověřit jeho využít v praxi. K tomu už je potřeba zapojit soukromý sektor, proto ústav hledal vhodného investora. Toho našel v akciové společnosti METTOC, SE. Zástupci firmy pochopili proces, jímž se vědecký tým zabývá, a nabídli ústavu spolupráci. „Cílem je uvedení katalyzátoru na trh v případě, že laboratorní testy prokážou komerční potenciál inovativního katalyzátoru,“ píše se v tiskové zprávě vydané k příležitosti podpisu dohody mezi ústavem a firmou.

Spolupráce je pro Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR velmi přínosná, neboť mu přináší tolik potřebné vazby na chemický a petrochemický průmysl. Ve spin-off společnosti, v níž ústav drží třicetiprocentní podíl, se katalyzátor finálně doladí a připraví pro nasazení v průmyslových podmínkách a aplikacích, případně k dalšímu vývoji a vylepšování platformy, na níž katalyzátory fungují.

„Pracujeme na tom, abychom vyrobili místo modelového katalyzátoru platformu, která bude dostatečně aktivní a robustní. Jsme velmi blízko k dosažení aktivity katalyzátoru, která garantuje uvedení do komerčního provozu. V první fázi se budeme zaměřovat na oblast flérovacích plynů při těžbě ropy a plynu a konverzi bioplynů do kapaliny – biometanolu,“ říká Jiří Dědeček. „Ultimátním cílem je nabídnout na trh katalyzátor, který částečně nahradí klasickou výrobu metanolu,“ doplňuje.

Zakládání spin-off společností je pro Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR jednou z cest, jak dostat objevy a vynálezy do praxe. METTOC, SE je již druhou spin-off společností pracoviště. První je SciCare – Innovations, s.r.o., která se zaměřuje na využití fotokatalytických nátěrů při renovaci a ochraně kulturních památek. O tématu jsme psali také ve starším webovém článku Pokračovatelé Heyrovského odkazu představili výsledky bádání v praxi.

O výzkumu týmu Jiřího Dědečka jsme psali v textu Chemická přeměna světového formátu v časopise A / Věda a výzkum 2/2021.

Jednodušší a levnější výroba metanolu se přiblížila k realizaci

Katalyzátor, který přeměňuje metan na metanol, bude vyvíjet nová spin-off společnost Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Jeho ředitel Martin Hof podepsal dohodu s evropskou akciovou společností METTOC, SE, o majetkovém vstupu do firmy. Zvládnutí nového postupu přeměny by znamenalo výrazný ekonomický přínos i výhodné využití odpadních surovin.

Metanol je pro chemický průmysl důležitou surovinou, takzvanou platformovou chemikálií, a předpokládá se, že jeho potřeba výrazně poroste. Vědci s ním počítají také jako s látkou pro snadné uchovávání a transport zelené energie: převedením plynného metanu nebo dokonce vodíku na kapalný metanol by odpadla negativa spojená se skladováním a transportem těchto plynů jako zdrojů energie.

Metanol se v současné době průmyslově vyrábí ze syntézního plynu, tj. směsi vodíku a oxidu uhelnatého katalytickou hydrogenací oxidu uhelnatého. Syntézní plyn se vyrábí reakcí vody s metanem. Oba procesy vyžadují vysoké teploty a tlak. Proto je tento postup obtížný, energeticky náročný a lze jej využít jen ve velkém měřítku, nikoli třeba pouze pro zpracování rozptýlených zdrojů metanu, např. flérovacích plynů uvolňovaných při těžbě ropy nebo bioplynu. Produkce flérovacích plynů, které se jako odpad spalují bez využití, odpovídá třetině světové těžby zemního plynu.

Tým Jiřího Dědečka z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR vyvinul katalyzátor, který umožňuje aktivovat kyslík za nízké teploty, za což vědec v roce 2020 získal cenu Česká hlava. Aktivovaný kyslík pak umožňuje přímou cestou oxidovat metan na metanol. Odstraňuje tak nevýhody současného postupu výroby, je jednodušší a mohl by být použit pro zpracování rozptýlených zdrojů metanu a k levnější produkci metanolu. A možná naznačuje směr ke snadnému „zkapalnění“ metanu či vodíku.

Z laboratoře do chemického provozu

Cesta objevu od základního výzkumu do praxe je dlouhá a na většinu fází již nedosáhnou vědecké granty. Pro uvedení vynálezu do praxe proto Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR hledal investora. Pavel Muchna z firmy METTOC, SE, velmi rychle pochopil proces, kterým se tým Jiřího Dědečka zabývá, a nabídl ústavu spolupráci včetně finančních prostředků. Cílem je uvedení katalyzátoru na trh v případě, že laboratorní testy prokážou komerční potenciál inovativního katalyzátoru. Tato spolupráce je pro Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR velmi přínosná, neboť kromě vědy přináší i komerční aspekt a vazby na chemický a petrochemický průmysl.

Ve společně založené evropské společnosti METTOC, SE, ve které Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR drží 30% podíl, se katalyzátor finálně vyladí a připraví pro nasazení v průmyslových podmínkách a aplikacích, případně k dalšímu vývoji a vylepšování platformy, na které katalyzátory fungují.

„Pracujeme na tom, abychom vyrobili místo modelového katalyzátoru systém, tzv. platformu, která bude dostatečně aktivní a robustní. Jsme velmi blízko k dosažení aktivity katalyzátoru, která garantuje uvedení do komerčního provozu. V první fázi se budeme zaměřovat na oblast flérovacích plynů při těžbě ropy a plynu a konverzi bioplynů do kapaliny – biometanolu,“ říká Jiří Dědeček z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, který ve společnosti METTOC, SE, vede technologický vývoj.

„Ultimátním cílem je nabídnout na trh katalyzátor, který částečně nahradí klasickou výrobu metanolu.“

Spin-off urychlí cestu vynálezu do praxe

Zakládání spin-off společností je pro Ústav Heyrovského AV ČR jednou z cest, jak dostat objevy a vynálezy do praxe a zároveň získat finance pro další bádání. METTOC, SE, je již druhou spin-off společností pracoviště. První je SciCare – Innovations. s.r.o., která se zaměřuje na využití fotokatalytických nátěrů při renovaci a ochraně kulturních památek. Dohodu se společností METTOC, SE, podepsal ředitel Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR Martin Hof ve středu 6. března 2024.