Met enige handigheid kan pentlandiet de reductie van CO₂ tot CO katalyseren. Het oppervlak van dit goedkope mineraal lijkt niet voor niets op de actieve plek van natuurlijke enzymen die het óók kunnen, stellen Ulf-Peter Apfel en collega’s van de Ruhr-Universität Bochum in het tijdschrift Chemical Science.

Dat pentlandiet (rechts op de afbeelding) is een mengsel van zwavel, ijzer en nikkel, ongeveer in de verhouding Fe_4,5Ni_4,5S₈. Het is niet echt zeldzaam, en wordt gewonnen als bron van nikkel. In 2016 meldde Apfel in Nature Communications dat pentlandiet in principe kan dienen als elektrode bij de elektrochemische splitsing van water: net als het gebruikelijke, maar veel duurdere platina katalyseert de vorming van H₂.

Apfel en collega’s hebben zich nu gerealiseerd dat de CO-dehydrogenase-enzymen, die worden aangemaakt door sommige anaerobe bacteriën, eveneens werken met een cluster van Ni, Fe en S op hun actieve plek. Zie het linker plaatje. Die enzymen kunnen twee kanten op werken: ze kunnen CO omzetten in CO₂ teneinde energie vrij te maken, maar ze kunnen ook CO₂ omzetten in CO dat dan weer dient als koolstofhoudend uitgangspunt voor grotere moleculen.

Het grote verschil met pentlandiet is dat die enzymen alleen CO kunnen vormen en geen H₂. Een pentlandietelektrode kan het allebei, en het ligt aan het oplosmiddel welke reactie energetisch gunstiger is. In water, waarin CO₂ is opgelost, krijg je vrijwel alleen H₂. In watervrije methanol krijg je nog steeds voornamelijk H₂ maar het CO-percentage wordt duidelijk hoger. En in organische oplosmiddelen die nog moeizamer hun protonen afstaan, zoals acetonitril, dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF) en propeencarbonaat (PC) gaat de CO-vorming overheersen, met methaan als belangrijkste bijproduct.

Hoe het op moleculaire schaal precies werkt, is nog niet echt duidelijk. Wel valt op dat in genoemde oplosmiddelen een spoortje water moet zitten omdat de reactie een kleine hoeveelheid vrije protonen nodig heeft - voer je die hoeveelheid een beetje op, dan kun je in principe ook een mengsel genereren van H₂ en CO in een instelbare verhouding - synthesegas, dus.

Tussen de regels door geeft Apfel toe dat grootschalige CO₂-omzetting in andere oplosmiddelen dan water niet echt aantrekkelijk is. Maar nu we weten dat pentlandiet überhaupt CO-vorming kan katalyseren, wordt het de moeite waard om te gaan onderzoeken of het ook onder andere omstandigheden kan, bijvoorbeeld helemaal zonder oplosmiddel in de gasfase.

bron: Ruhr-Universität Bochum