Jonu šķidrumi var pavērt iespējas ļoti atšķirīgās jomās – no koksnes pārstrādes un vērtīgu vielu iegūšanas no savvaļas lupīnām līdz tīrākām retzemju metālu ieguves metodēm. Par šo neparasto šķidrumu iespējām "Radio SWH TV" raidījumā "Latvija zinātnē" stāsta Latvijas Universitātes (LU) vadošais pētnieks Eduards Baķis.
Jonu šķidrumi pēc nosaukuma var šķist sarežģīti, tomēr Baķis to būtību skaidro vienkārši. Atšķirībā no ierastajiem šķidrumiem tie nav veidoti no neitrālām molekulām, bet gan joniem jeb daļiņām ar elektrisko lādiņu. Arī vārāmais sāls (kūst aptuveni 800 grādos) sastāv no joniem, taču, izmantojot lielākus un sarežģītākas uzbūves jonus, iespējams iegūt sāļus, kas ir šķidri jau istabas temperatūrā.
"Jonu šķidrums pudelē bez korķa neizgaro," Baķis min vienu no īpašībām, kas tos padara interesantus zaļajā ķīmijā – pieejā, kuras mērķis ir mazināt ķīmisko procesu radīto piesārņojumu un resursu patēriņu. Jonu šķidrumi potenciāli ļauj mazināt ar gaistošajiem šķīdinātājiem saistīto piesārņojumu, kā arī ieelpošanas un ugunsdrošības riskus. Vienlaikus pētnieks uzsver, ka ilgtspējai būtiska ir arī šo šķidrumu pārstrāde un atkārtota izmantošana.
Praktiski tas nozīmē meklēt veidus, kā no dažādiem resursiem iegūt vērtīgas vielas un materiālus, vienlaikus cenšoties samazināt enerģijas patēriņu un radīto atkritumu daudzumu.
Kritiskos materiālus grib iegūt tīrāk
Viens no jaunākajiem Baķa pētniecības virzieniem saistīts ar retzemju metāliem. Kopā ar LU kolēģi viņš izstrādājis ideju par jaunu jonu šķidrumu klasi, ar kuras palīdzību šos elementus cer iegūt maigākos apstākļos.
Retzemju metāli nepieciešami, piemēram, magnētu, telefonu un dažādu citu tehnoloģiju ražošanai. Eiropā tiem ir kritisko materiālu statuss, taču kontinents lielā mērā ir atkarīgs no piegādēm no citām pasaules daļām.
Viena no pašlaik izmantotajām metodēm šo metālu iegūšanai balstās uz fluorīdu kausējumiem un prasa vairākus simtus grādu augstu temperatūru. "Eiropa uzliek augstus vides standartus, un visa netīrā industrija parasti pārceļas uz to teritoriju, kur šādu standartu nav. Diemžēl tā tas ir," norāda Baķis.
Mēs gribam piedāvāt metodi, ar kuru šo procesu varam padarīt daudz tīrāku, lai iegūtu šos kritiskos materiālus un parādītu, ka arī mēs paši Eiropā varam kļūt kaut kādā veidā neatkarīgāki.
Ideja jau pārtapusi starptautiskā četru gadu projektā, kurā sadarbojas vairāku Eiropas valstu pētnieku grupas un paredzēta arī zinātnieku apmaiņa.
Ko jonu šķidrumi spēj paveikt ar koksni un lupīnām
Jonu šķidrumus iespējams izmantot arī koksnes biomasas pārstrādē, atdalot celulozi un lignīnu. "Ir ļoti maz šķīdinātāju, ar ko to var izdarīt, jo galu galā mēs labi zinām, ka koksne nekur tā arī neizšķīst," skaidro pētnieks. Celulozi iespējams izmantot, piemēram, bioetanola ražošanā, bet lignīnu – ķīmisku platformu iegūšanai, kuras pašlaik pamatā ražo no naftas.
Vēl neparastāks piemērs ir savvaļas lupīnu biomasa. To sēklās atrodams alkaloīds lupanīns, no kura iespējams iegūt vērtīgus hirālus katalizatorus, kas var noderēt efektīvākā zāļvielu ražošanā. "Mūsu priekšmēģinājumi vēsta, ka arī Latvijā augošajās savvaļas lupīnās ir pietiekami daudz šī alkaloīda," stāsta Baķis.Tā ir vēl viena ideja, kas ir ilgi izsapņota, un izrādās, ka strādā.
Te atkal talkā nāk jonu šķidrumi. "Lupīnu sēklas iebērsi noteiktā jonu šķidrumā, un pēc dažām dienām to vairs tur nebūs – tās būs pilnībā izšķīdušas," viņš skaidro. Šūnu apvalkiem noārdoties, vielas nonāk viendabīgā šķīdumā, no kura vajadzīgo alkaloīdu pēc tam iespējams izekstrahēt.
Atklājums nerodas vienā dienā
No idejas līdz rezultātam būtiska ir iespēja veikt pirmos eksperimentus. Baķis uzsver LU fonda atbalstu – viņš bijis vairākkārtējs stipendiju ieguvējs, kā arī viņa pētniecības projekti saņēmuši finansējumu gan ""MikroTik" projektu konkursā pētniecības iekārtu iegādei dabas, tehnoloģiju un medicīnas zinātņu jomā", gan divos "Jura Kalnavārna projektu konkursos dabaszinātņu un medicīnas nozarēs". – Saņemtais finansējums palīdzējis papildināt laboratorijas aprīkojumu un veikt svarīgus priekšmēģinājumus. To rezultāti vēlāk palīdzējuši iegūt "PostDoc Latvia" grantu.
"Nav tā, ka tu vienu dienu ienāc laboratorijā un padomā – nu jā, šodien es atklāšu to," saka Baķis. Jaunas idejas rodas pamazām – no publikācijām, konferencēm un eksperimentiem, līdz kādā brīdī sakarības "saslēdzas". Tāpēc, viņš uzsver, "mēs nevaram mērķēt uz pielietojamiem rezultātiem bez tā, ko sauc par fundamentālu zinātni".
Retzemju metāli, koksne un lupīnas ir tikai daļa no iespējām. Sarunā jonu šķidrumu pētniecība tiek saistīta arī ar baterijām un agroķīmiju, savukārt Baķis kā citus potenciālos virzienus min aizsardzību un pat kosmosa nozari.
Radio SWH TV raidījums "Latvija zinātnē" iepazīstina ar Latvijas zinātniekiem, pētniekiem un inovatoriem, kuru idejas un sasniegumi veido nākotnes tehnoloģijas un risinājumus, vienlaikus atklājot zinātni kā aizraujošu un cilvēcīgu procesu. Sarunas ar zinātniekiem top sadarbībā ar "Rietumu Banku" – izcilība nekad nav nejaušība. Zinātniekus atbalsta Latvijas Universitātes fonds.
Raidījums Radio SWH TV ēterā skatāms ceturtdienās plkst. 20.00, savukārt atkārtojums – svētdienās plkst. 15.00.
