Računalna kemija pokazuje put prema sigurnijim biogorivima
Zamjena benzina i dizelskih goriva s biogorivima dobivenima obradom biljaka ključna je kako bi se klimatske promjene dovele pod kontrolu. No, više je načina na koje se gorivo može proizvesti iz biljaka, pri čemu neki od postupaka mogu dovesti do stvaranja biogoriva štetnih po zdravlje i okoliš.
Novo istraživanje provedeno na Sveučilištu u Kopenhagenu pokazuje kako je moguće predvidjeti točan stupanj otrovnosti goriva bez da se proizvede ijedna kap, što obećava jeftiniji, brži, i, što je najvažnije, sigurniji razvoj alternativa fosilnim gorivima. Solvejg Jorgensen računalna je kemičarka s Odsjeka za kemiju u Kopenhagenu o čijem se novom alatu za računalno predviđanje izvještava u priznatom znanstvenom časopisu The Journal of Physical Chemistry A.
Između ostalog, izračuni ove znanstvenice pokazuju da će se biogoriva proizvedena pogrešnim putem sinteze raspasti na spojeve poput štetnog smoga, kancerogenih čestica i otrovnog formaldehida. Prije se ekološki učinak određenog postupka proizvodnje nije mogao ocijeniti sve dok se gorivo ne bi doista i proizvelo, no Jorgensen je pokazala kako se različiti postupci mogu računalno ispitati, što će gotovo sigurno dovesti do jeftinijeg i sigurnijeg razvoja biogoriva.
“Postoji gotovo neograničen broj načina na koje se može doći do biogoriva. Ovom metodom možemo ukazati na najmanje opasne puteve za njihovu proizvodnju i to putem niza izračuna koji traju tek nekoliko dana”, objašnjava Jorgensen.
Kemijski gledano, biogoriva su sastavljena od iznimno velikih molekula. Prilikom razgradnje tijekom izgaranja i kasnije u atmosferi ona oslobađaju nekoliko različitih spojeva. Samo po sebi, ovo nije predstavljalo novost. Činjenica da su neki spojevi otrovniji od drugih također nije bila veliko otkriće, no Jorgensen je na temelju izračuna došla do zapanjujućeg saznanja o postojanju izrazito velike razlike u otrovnosti ovisno o načinu sastavljanja molekula tijekom proizvodnje. Nemali razlog za zadovoljstvo pružila joj je i mogućnost vrlo preciznog i brzog izračunavanja mehanizama razgradnje molekule biogoriva.
“Kako bi pronašli najbolji postupak za proizvodnju biogoriva pred kemičarima bi mogao stajati zadatak ispitivanja i do više tisuća različitih načina sinteze. Naime, oni jednostavno nemaju vremena za metodu kojoj je potrebno više mjeseci da bi predvidjela mehanizme razgradnje”, objašnjava Jorgensen i nastavlja: “S druge strane, budući da bi na cilju postizanja uspješne sinteze mogli raditi i do godinu dana, ishod bi za kemičare bio zaista katastrofalan ukoliko bi njihov postupak u konačnici doveo do otrovnog rezultata”.
S obzirom na to, razvoj računalnog alata koji bi mogao uštediti na tisuće sati rada u laboratoriju izgleda kao opravdan zadatak. No, Solvejg Jorgensen zapravo nisu pretjerano zanimala biogoriva te je njezin prvotan cilj bio unaprijediti postojeće teorijske modele razgradnje velikih molekula u atmosferi.
Kako bi to postigla bila joj je potrebna fizikalna analiza koju bi usporedila sa svojim izračunima te joj je u tu svrhu poslužila analiza jednog od dvaju biogoriva koju su upravo dovršile njezine kolege s Odsjeka za kemiju. No, zahvaljujući slučajnoj pogrešci, umjesto da pridoda još jedan dio golemoj slagalici, Jorgensen je postavila temelje za posve novu metodu.
“Pogreškom sam zasnovala izračune na krivoj molekuli, tako da sam morala početi iznova. Na taj način dobila sam dva različita izračuna koja sam mogla usporediti. Ona su trebala biti gotovo identična, no u stvarnosti nisu mogla biti manje slična. Tada sam znala da sam na tragu nečeg važnog”, rekla je Solvejg Jorgensen, koja je korisno upotrijebila svoje temeljito poznavanje teorijskog alata, teorije funkcionalne gustoće, i iznimnu računalnu moć Sveučilišta u Kopenhagenu.
Izvor: University of Copenhagen