Feed aggregator

An international team of scientists, including experts from CATRIN at Palacký University, has developed a new type of plasmonic photocatalyst capable of converting biomass into key raw materials for bioplastic production with high efficiency and selectivity using solar energy. The research results, which represent a significant step towards more sustainable chemical manufacturing, have been published in the prestigious journal Nature Catalysis.

Biomass—organic material of plant or animal origin—is among the most promising renewable resources for the production of high value-added chemicals and materials. The research focused on the molecule 5-hydroxymethylfurfural (HMF), which is derived from sugars contained in plant biomass and is regarded as one of the key intermediates in modern biorefineries. Through controlled oxidation, HMF can be converted into 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA), a compound that serves as a fundamental building block for biopolymers, such as PEF plastic, an environmentally friendly alternative to the widely used PET.

However, current industrial methods for producing this compound are technologically demanding. They often require strongly alkaline conditions, elevated temperatures, or increased pressure. Despite this, they suffer from low selectivity, leading to the formation of unwanted by-products and higher energy consumption. As a result, contemporary research is seeking new approaches that would allow this chemical transformation to be driven by light energy under milder and more environmentally friendly conditions.

The newly developed catalyst is based on a combination of nanostructured titanium nitride and extremely small nanoparticles of a ruthenium–platinum alloy. Titanium nitride acts as a material that very efficiently absorbs light, particularly its infrared component, converting it into energy-rich electrons and local heat. These effects subsequently promote the activation of molecular oxygen on the surface of the catalytically active nanoparticles, where the chemical reaction itself takes place.

“The key aspect is that the individual components of the catalyst work together in perfect synergy. This allows us to control the oxidation of 5-hydroxymethylfurfural with great precision and achieve an almost complete conversion to the target product without the use of strong chemical additives or extreme reaction conditions. Compared with existing technologies, the process is significantly more selective, more energy-efficient, and produces substantially less waste,” said one of the corresponding authors of the study, Štěpán Kment from Palacký University.

The authors emphasise that this approach enables oxygen activation in a fundamentally different way than conventional catalytic systems. As a result, the reaction can be carried out in an aqueous environment without the addition of alkaline agents, while avoiding non-selective reactions that would otherwise lead to material losses. The outcome is a highly efficient and precisely controlled process suitable for future applications.

According to the researchers, this plasmonic catalytic platform represents a previously unexplored concept in the field of biomass conversion. “It opens up new opportunities for future biorefineries that could use solar energy and renewable feedstocks to produce plastics, solvents, and other chemical products with a significantly lower carbon footprint than current industrial technologies,” concluded Kment.

The research involved scientists from CATRIN at Palacký University, the Centre for Energy and Environmental Technologies, and the national supercomputing centre IT4Innovations at VSB–TUO, in collaboration with partners from China, Italy, and the United States.

Mezinárodní tým vědců, jehož součástí jsou i odborníci z výzkumného institutu CATRIN Univerzity Palackého, vyvinul nový typ plazmonického fotokatalyzátoru, jenž dokáže s využitím sluneční energie velmi účinně a selektivně přeměňovat biomasu na klíčové suroviny pro výrobu bioplastů. Výsledky výzkumu, které představují významný krok směrem k udržitelnější chemické výrobě, zveřejnil prestižní vědecký časopis Nature Catalysis.

Biomasa, tedy organický materiál rostlinného či živočišného původu, patří mezi nejperspektivnější obnovitelné zdroje pro výrobu chemikálií a materiálů s vysokou přidanou hodnotou. Výzkum se zaměřil na molekulu 5-hydroxymethylfurfuralu, která vzniká z cukrů obsažených v rostlinné biomase a je považována za jeden z klíčových meziproduktů moderních biorafinerií. Její řízenou oxidací lze získat 2,5-furandikarboxylovou kyselinu, sloučeninu využitelnou jako základní stavební jednotku biopolymerů, například plastu PEF, který je ekologickou alternativou běžně používaného PET. Dosavadní průmyslové postupy výroby této látky jsou však technologicky náročné. Často vyžadují silně zásadité prostředí, zvýšené teploty nebo tlak. Přesto trpí nízkou selektivitou, což vede ke vzniku nežádoucích vedlejších produktů a vyšší energetické náročnosti. Současný výzkum se proto snaží nalézt nové přístupy, které by umožnily tuto chemickou přeměnu řídit pomocí světelné energie za mírnějších a ekologicky šetrnějších podmínek.

Dokonalá souhra

Nově vyvinutý katalyzátor je založen na kombinaci nanostrukturovaného nitridu titanu a extrémně malých nanočástic slitiny ruthenia a platiny. Nitrid titanu slouží jako materiál, který velmi účinně pohlcuje světlo, zejména jeho infračervenou složku, a přeměňuje jej na energeticky bohaté elektrony a lokální teplo. Tyto efekty následně podporují aktivaci molekulárního kyslíku na povrchu katalyticky aktivních nanočástic, kde probíhá vlastní chemická reakce.

„Klíčové je, že jednotlivé složky katalyzátoru spolupracují v dokonalé součinnosti. Díky tomu dokážeme velmi přesně řídit oxidaci 5-hydroxymethylfurfuralu a dosáhnout téměř úplné přeměny na cílový produkt bez použití silných chemických přísad nebo extrémních reakčních podmínek. Ve srovnání s dosavadními technologiemi je proces výrazně selektivnější, energeticky úspornější a produkuje podstatně méně odpadu,“ uvedl jeden z korespondenčních autorů studie Štěpán Kment z Univerzity Palackého.

Jde o nový koncept pro přeměnu biomasy

Autoři studie zdůrazňují, že tento přístup umožňuje aktivovat kyslík zcela odlišným způsobem než u běžných katalytických systémů. Díky tomu lze reakci vést ve vodném prostředí bez přídavku zásad a zároveň se vyhnout neselektivním reakcím, které by vedly ke ztrátám materiálu. Výsledkem je vysoce účinný a přesně řízený proces vhodný pro budoucí aplikace.

Podle vědců představuje tato plazmonická katalytická platforma dosud nevyužitý koncept v oblasti přeměny biomasy. „Otevírá nové možnosti pro budoucí biorafinerie, které by mohly ze sluneční energie a obnovitelných surovin vyrábět plasty, rozpouštědla a další chemické produkty s výrazně nižší uhlíkovou stopou než současné průmyslové technologie,“ uzavřel Kment.

Na výzkumu se podíleli vědci z CATRIN Univerzity Palackého a Centra energetických a environmentálních technologií i národního superpočítačového centra IT4Innovations na VŠB-TUO ve spolupráci s partnery z Číny, Itálie a Spojených států amerických.

 

 

Mezinárodní tým vědců, jehož součástí jsou i odborníci z výzkumného institutu CATRIN Univerzity Palackého, vyvinul nový typ plazmonického fotokatalyzátoru, jenž dokáže s využitím sluneční energie velmi účinně a selektivně přeměňovat biomasu na klíčové suroviny pro výrobu bioplastů. Výsledky výzkumu, které představují významný krok směrem k udržitelnější chemické výrobě, zveřejnil prestižní vědecký časopis Nature Catalysis.

Biomasa, tedy organický materiál rostlinného či živočišného původu, patří mezi nejperspektivnější obnovitelné zdroje pro výrobu chemikálií a materiálů s vysokou přidanou hodnotou. Výzkum se zaměřil na molekulu 5-hydroxymethylfurfuralu, která vzniká z cukrů obsažených v rostlinné biomase a je považována za jeden z klíčových meziproduktů moderních biorafinerií. Její řízenou oxidací lze získat 2,5-furandikarboxylovou kyselinu, sloučeninu využitelnou jako základní stavební jednotku biopolymerů, například plastu PEF, který je ekologickou alternativou běžně používaného PET. Dosavadní průmyslové postupy výroby této látky jsou však technologicky náročné. Často vyžadují silně zásadité prostředí, zvýšené teploty nebo tlak. Přesto trpí nízkou selektivitou, což vede ke vzniku nežádoucích vedlejších produktů a vyšší energetické náročnosti. Současný výzkum se proto snaží nalézt nové přístupy, které by umožnily tuto chemickou přeměnu řídit pomocí světelné energie za mírnějších a ekologicky šetrnějších podmínek.

Dokonalá souhra

Nově vyvinutý katalyzátor je založen na kombinaci nanostrukturovaného nitridu titanu a extrémně malých nanočástic slitiny ruthenia a platiny. Nitrid titanu slouží jako materiál, který velmi účinně pohlcuje světlo, zejména jeho infračervenou složku, a přeměňuje jej na energeticky bohaté elektrony a lokální teplo. Tyto efekty následně podporují aktivaci molekulárního kyslíku na povrchu katalyticky aktivních nanočástic, kde probíhá vlastní chemická reakce.

„Klíčové je, že jednotlivé složky katalyzátoru spolupracují v dokonalé součinnosti. Díky tomu dokážeme velmi přesně řídit oxidaci 5-hydroxymethylfurfuralu a dosáhnout téměř úplné přeměny na cílový produkt bez použití silných chemických přísad nebo extrémních reakčních podmínek. Ve srovnání s dosavadními technologiemi je proces výrazně selektivnější, energeticky úspornější a produkuje podstatně méně odpadu,“ uvedl jeden z korespondenčních autorů studie Štěpán Kment z Univerzity Palackého.

Jde o nový koncept pro přeměnu biomasy

Autoři studie zdůrazňují, že tento přístup umožňuje aktivovat kyslík zcela odlišným způsobem než u běžných katalytických systémů. Díky tomu lze reakci vést ve vodném prostředí bez přídavku zásad a zároveň se vyhnout neselektivním reakcím, které by vedly ke ztrátám materiálu. Výsledkem je vysoce účinný a přesně řízený proces vhodný pro budoucí aplikace.

Podle vědců představuje tato plazmonická katalytická platforma dosud nevyužitý koncept v oblasti přeměny biomasy. „Otevírá nové možnosti pro budoucí biorafinerie, které by mohly ze sluneční energie a obnovitelných surovin vyrábět plasty, rozpouštědla a další chemické produkty s výrazně nižší uhlíkovou stopou než současné průmyslové technologie,“ uzavřel Kment.

Na výzkumu se podíleli vědci z CATRIN Univerzity Palackého a Centra energetických a environmentálních technologií i národního superpočítačového centra IT4Innovations na VŠB-TUO ve spolupráci s partnery z Číny, Itálie a Spojených států amerických.

 

 

 

 

 

 

 

Nejprve cena za nejlepší dětskou knihu veletrhu v Havlíčkově Brodě. Pak beznadějně vyprodaný první náklad a vydání očekávaného dotisku. A nyní oficiální „razítko“ ministerstva školství. Hravá a interaktivní učebnice Filmouka si už více než dva roky získává čtenářské sympatie učitelů, rodičů i dětí a nejnověji ji také ministerstvo školství doporučuje jako vstupenku do světa filmu pro žáky 2. stupně základních škol a nižších ročníků víceletých gymnázií. Schvalovací doložku ve všech Filmoukách avizuje komiksová samolepka.

Filmouka. Průvodce světem filmu a audiovize je unikátní publikací na pomezí hravé, komiksové učebnice a populárně-naučné literatury, která zábavnou formou přibližuje dětským čtenářům svět filmu ze všech úhlů pohledu. Důraz na interaktivní pojetí, vlastní aktivity, pestré texty i grafiky a propojení s multimediálním webem z ní činí komplexní materiál, který je vhodný jak k individuálnímu čtení v dětském pokoji, tak ke skupinové práci ve výuce.

„Udělení doložky od MŠMT je pro nás definitivním stvrzením, že jsme skutečně vytvořili učebnici. A ještě k tomu natolik kvalitní, že ji doporučuje jako vhodnou do výuky naše nejvyšší školská instituce. Nezbývá než si přát, aby se s ní učilo co nejvíce žákyň a žáků. Určitě si to zaslouží,“ říká Petr Pláteník, editor knihy a člen Asociace pro filmovou a audiovizuální výchovu, která za nápadem i autorským zpracováním Filmouky stojí.

„O kvalitě Filmouky jsme byli přesvědčeni od samého začátku. Získání schvalovací doložky to jen potvrdilo. Jestli to pro učebnici znamená svatý grál, uvidíme. Ředitelé základních škol mohou učebnici nakoupit a půjčovat žákům k výuce. Stále však platí, že klíčový je postoj učitelů. Musí vzít audiovizuální výchovu za svou, protože většina komunikace jejich žáků už dnes probíhá audiovizuálně a je dobré ji kultivovat a učit se navzájem,“ doplňuje Aleš Prstek, ředitel Vydavatelství Univerzity Palackého, které učebnici vydalo a je jejím hlavním distributorem.

Zájemci si mohou Filmouku pořídit na e-shopu Vydavatelství UP a u dobrých knihkupců. Více informací o Filmouce nabízí web www.filmouka.cz. Jeho součástí je mj. také bezplatná metodická příručka pro učitele.

Asociace pro filmovou a audiovizuální výchovu rovněž nabízí skrze své regionální ambasadory workshopy či ukázkové hodiny pro učitele, které přibližují, jak se dá zábavnou formou film a audiovizuální svět obecně ve školách vyučovat (ať už samostatně, nebo jakou součást jiných předmětů).

Nejprve cena za nejlepší dětskou knihu veletrhu v Havlíčkově Brodě. Pak beznadějně vyprodaný první náklad a vydání očekávaného dotisku. A nyní oficiální „razítko“ ministerstva školství. Hravá a interaktivní učebnice Filmouka si už více než dva roky získává čtenářské sympatie učitelů, rodičů i dětí a nejnověji ji také ministerstvo školství doporučuje jako vstupenku do světa filmu pro žáky 2. stupně základních škol a nižších ročníků víceletých gymnázií. Schvalovací doložku ve všech Filmoukách avizuje komiksová samolepka.

Filmouka. Průvodce světem filmu a audiovize je unikátní publikací na pomezí hravé, komiksové učebnice a populárně-naučné literatury, která zábavnou formou přibližuje dětským čtenářům svět filmu ze všech úhlů pohledu. Důraz na interaktivní pojetí, vlastní aktivity, pestré texty i grafiky a propojení s multimediálním webem z ní činí komplexní materiál, který je vhodný jak k individuálnímu čtení v dětském pokoji, tak ke skupinové práci ve výuce.

„Udělení doložky od MŠMT je pro nás definitivním stvrzením, že jsme skutečně vytvořili učebnici. A ještě k tomu natolik kvalitní, že ji doporučuje jako vhodnou do výuky naše nejvyšší školská instituce. Nezbývá než si přát, aby se s ní učilo co nejvíce žákyň a žáků. Určitě si to zaslouží,“ říká Petr Pláteník, editor knihy a člen Asociace pro filmovou a audiovizuální výchovu, která za nápadem i autorským zpracováním Filmouky stojí.

„O kvalitě Filmouky jsme byli přesvědčeni od samého začátku. Získání schvalovací doložky to jen potvrdilo. Jestli to pro učebnici znamená svatý grál, uvidíme. Ředitelé základních škol mohou učebnici nakoupit a půjčovat žákům k výuce. Stále však platí, že klíčový je postoj učitelů. Musí vzít audiovizuální výchovu za svou, protože většina komunikace jejich žáků už dnes probíhá audiovizuálně a je dobré ji kultivovat a učit se navzájem,“ doplňuje Aleš Prstek, ředitel Vydavatelství Univerzity Palackého, které učebnici vydalo a je jejím hlavním distributorem.

Zájemci si mohou Filmouku pořídit na e-shopu Vydavatelství UP a u dobrých knihkupců. Více informací o Filmouce nabízí web www.filmouka.cz. Jeho součástí je mj. také bezplatná metodická příručka pro učitele.

Asociace pro filmovou a audiovizuální výchovu rovněž nabízí skrze své regionální ambasadory workshopy či ukázkové hodiny pro učitele, které přibližují, jak se dá zábavnou formou film a audiovizuální svět obecně ve školách vyučovat (ať už samostatně, nebo jakou součást jiných předmětů).