U ovom blog postu istražujemo kako su katalizatori transformirali tijek rata i postali duboko ukorijenjeni u našim svakodnevnim životima danas.
Riječ "katalizator" potječe od grčkog izraza koji znači "razgraditi". Međunarodna unija za čistu i primijenjenu kemiju (IUPAC) definira katalizator kao "tvar koja mijenja brzinu reakcije bez da se pritom troši".
Zanimljivo je da se, kada se koncept katalizatora prvi put pojavio, više koristio u području umjetnosti nego u znanosti. Na primjer, slično katalizatoru koji mijenja boju, funkcionirao je kao medij za promjenu i ponekad se smatrao oblikom umjetničkog izražavanja. Međutim, katalizatori su kasnije postali ključni čimbenik brzog napretka u znanosti i tehnologiji, a njihova moć posebno je bila istaknuta u ekstremnim situacijama poput rata. Prvi svjetski rat može se smatrati početnom točkom za takve primjere.
Iako se uzroci izbijanja rata mogu analizirati iz različitih političkih, društvenih, diplomatskih i ekonomskih perspektiva, ovaj će članak pristupiti temi iz perspektive „katalizatora“. Sve je počelo početkom 20. stoljeća s njemačkim znanstvenicima Fritzom Haberom i Carlom Boschom.
U to vrijeme, dušična kiselina bila je jedna od bitnih komponenti za proizvodnju baruta, ali prije 1900-ih bilo je nemoguće umjetno proizvesti dušičnu kiselinu u velikim razmjerima. Iako se dušična kiselina dobivala pomoću "šalitre", minerala koji se u izobilju nalazio u Južnoj Americi, ovaj mineral je bio vrlo ograničen u ponudi i teško ga je bilo transportirati, što je predstavljalo ograničenja za njegovu široku industrijsku upotrebu. "Metoda sinteze amonijaka" koju su razvili Haber i Bosch 1913. godine prevladala je to ograničenje. Ova metoda, koja sintetizira amonijak reakcijom dušika i vodika pomoću željeznog katalizatora, utrla je put umjetnoj proizvodnji gnojiva i dušične kiseline.
Najvažnije je da je postalo moguće masovno proizvoditi ovaj amonijak u tvornicama. To je dovelo do dramatičnog poboljšanja poljoprivredne produktivnosti - toliko da je nazvano "Zelenom revolucijom" - i istovremeno omogućilo eksplozivan rast vojno-industrijskog kompleksa. Posljedično, Njemačka je uspjela osigurati resurse potrebne za vođenje rata, što je postalo materijalna osnova koja joj je omogućila pokretanje Prvog svjetskog rata.
Iako je rat završio, razvoj katalitičke tehnologije nije zaustavljen. Njemačka je poražena nakon ulaska Sjedinjenih Država u rat 1917. godine, ali 1926. godine pojavio se još jedan inovativni proces: „Bergiusov proces“ i „Fischer-Tropschov proces“. Među njima, Fischer-Tropschov proces je tehnologija koja koristi katalizator za reakciju smjese ugljikovog monoksida i vodika pod uvjetima visoke temperature i visokog tlaka kako bi se sintetizirali ugljikovodici i njihovi derivati. Ugljikovodici sintetizirani u ovom procesu kreću se od C1 do C12 i koriste se u obliku poznatih goriva poput dizela i kerozina.
Njemačka je bila zemlja bogata ugljenom, ali s nedostatkom nafte. Međutim, korištenjem ovog procesa za proizvodnju sintetičke nafte iz ugljena, uspjela je donekle riješiti svoje probleme s resursima. Nadovezujući se na to, Njemačka je 1939. godine započela Drugi svjetski rat. U to vrijeme, Njemačka je sintetičkim uljem mogla zadovoljiti 95% svojih potreba za zrakoplovnim benzinom i 60% ukupne opskrbe naftom. Međutim, 1944. godine savezničke snage pokrenule su koncentrirane zračne napade na njemačka postrojenja za sintetičku naftu, iscrpljujući njezine rezerve goriva, što je na kraju dovelo do poraza Njemačke.
Iako se katalitička tehnologija razvila usred strašne povijesti rata, od tada je duboko ukorijenjena u našim životima, donoseći izvanredne promjene. Glavni primjer je plastika.
Danas ga koristimo u tako širokom rasponu proizvoda da je teško zamisliti život bez plastike. Ove su plastike stvorene na temelju tvari dobivenih procesom rafiniranja nafte nakon razvoja proizvodnje sintetičke nafte.
Godine 1953. i 1954. Giulio Natta i Karl Ziegler slučajno su razvili katalizatore polimerizacije, utrvši put lakoj masovnoj proizvodnji plastike, gume, sintetičkih vlakana i sintetičkih smola. Kako sirova nafta prolazi kroz destilaciju i rafiniranje, odvaja se na LPG, naftu, kerozin i dizelsko gorivo prema opadajućoj temperaturi. Među njima, nafta se rafinira u benzin i BTX (benzen, toluen, ksilen) pomoću katalizatora za odsumporavanje, a zatim se pretvara u plastične sirovine pomoću katalizatora polimerizacije.
Primjena tehnologije katalizatora tu ne staje. Zeoliti se koriste kao „ekološki katalizatori“ za pročišćavanje okoliša; enzimi se koriste kao „biokatalizatori“ za olakšavanje bioloških reakcija; a filmovi titanijevog dioksida glavni su primjer „fotokatalizatora“ koji pretvaraju svjetlost u energiju. Ako pogledamo oko sebe, katalizatori se koriste u automobilskim materijalima, gorivima i sustavima za pročišćavanje ispušnih plinova, te se primjenjuju na razne svakodnevne proizvode poput drobilica otpada od hrane, grijača za ruke, dezinficijensa za rane, alkotestera, proizvodnje margarina i konzervansa.
Došli smo do točke u kojoj je nemoguće zamisliti moderni život bez tehnologije katalizatora. Kako se fosilna goriva i dalje iscrpljuju, razvoj bioenergije dobiva sve veću pozornost. Napredak u katalizi je i dalje u tijeku, uključujući tehnologije poput bioetanola dobivenog iz biljaka poput kukuruza, suncokreta i maslina te proizvodnju vodika iz svjetlosne energije pomoću fotokatalizatora.
Nakon što je u kratkom vremenskom razdoblju napredovala skokovito, tehnologija katalizatora postala je ključni čimbenik koji nadilazi jednostavne kemijske reakcije i transformira ljudsku povijest, civilizaciju i kvalitetu života. U budućnosti će katalizatori i dalje imati beskonačan potencijal u raznim područjima - uključujući energetiku, okoliš i biotehnologiju - te dodatno obogatiti naš svakodnevni život.
