16 KJEMI 3 2025 De Beer innledet foredraget med et meget inspirerende sitat fra den engelske naturviteren William Crookes, som i 1898 forutså kjemikernes rolle i å løse et av menneskehetens aller største utfordringer, tilstrekkelig matproduksjon. «Land is a limited quantity, and the land that will grow wheat is absolutely dependent on difficult and capricious natural phenomena... I hope to point a way out of the colossal dilemma. It is the chemist who must come to the rescue of the threatened communities. It is through the laboratory that starvation may ultimately be turned into plenty... The fixation of atmospheric nitrogen is one of the great discoveries, awaiting the genius of chemists.» Haber-Bosch-prosessen for å binde nitrogen fra luft ble operativ kort tid etter, i 1913, som en stor kjemisk bragd. Som kjent er nitrogen-holdige molekyler essensielt for alt liv som vi kjenner til. Nitrogen utgjør 80% av atmosfæren og skulle dermed være lett tilgjengelig. Men problemet er at nitrogen er en svært lite reaktiv gass, og å få omsatt gassen er ganske krevende ikke minst energimessig. Moder Natur ordner dette med spesialiserte mikroorganismer. Disse inneholder enzymer som overvinner den enorme aktiveringsenergien slik at forskjellige nitrogenholdige byggesteiner kan lages. Disse mikroorganismene og enzymene er ikke like lett å benytte i storskala produksjon. Som alternativ er noen ikke-biologiske metoder blitt benyttet i over 100 år. For Norges del er Birkeland-Eyde-prosessen velkjent. Da kan man få industriell produksjon av nitrogenoksider og dermed kunstgjødsel. Denne prosessen ble imidlertid tidlig utkonkurrert av Haber-Bosch- prosessen som gir ammoniakk fra nitrogen. Begge prosesser er imidlertid svært energikrevende, og det kan da være interessant å skjele tilbake til naturen for hvordan den omsetter nitrogen ved hjelp av spesifikke enzymer. Eksempelvis er ammoniakk-produksjon etter Haber- Bosch metoden dobbelt så energikrevende som bruk av nitrogenaser (hhv. 28 GJ/tonn vs. 13 GJ/ tonn). En vesentlig forskjell er at Haber-Boschprosessen drives av termisk energi, mens nitrogenasene bruker ATP-ADP som energivektor. I tillegg krever Haber-Bosch metoden trykk på 150-250 atmosfærer mens nitrogenasene utfører reaksjonene ved normalt atmosfæretrykk. Tanken er da at forståelsen av struktur og egenskaper til disse enzymene kan overføres til enklere katalysatorer som kan gjøre det samme. DeBeer ønsker spesifikt å se på sammenhengen mellom biologisk, enzymatisk katalyse, vs. homogen og heterogen katalyse, og å se om dette kan gi muligheter for nye katalysatorer som også har «grønn» bærekraft. For å få til dette er det viktig at metaller som benyttes er vanlig forekommende og rimelig i produksjon. Eksempelvis finnes det nitrogenaser som benytter molybden som co-faktor. Studier av hele den enzymatiske prosessen krever innsikt i atomsammensetning, ladningsfordeling, fordeling av oksidasjonstilstander og magnetisk kobling for at dette skal kunne overføres til en effektiv storskala produksjon. Forskjellige spektroskopiske teknikker sammen med røntgen-diffraksjon er viktige metoder i denne sammenhengen. For å kunne kombinere alle disse aspektene på en effektiv måte, har DeBeer bygd opp en imponerende gruppe på Årets Hasselforelesning Hasselforelesningen er en årlig tradisjon til minne om Nobelprisvinner professor Odd Hassel, og arrangeres av Kjemisk institutt og NKS i fellesskap. Årets inviterte foreleser var Professor Serena DeBeer fra The Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion (MPI-CEC), Mülheim i Tyskland. Hun har også bistillinger ved både Ruhr Universität Bochum og Universiät Duisburg-Essen samt tilknytning til strålelinjen for røntgenfotoelektrospektroskopi ved synkrotronen i Berlin. Tittelen på foredraget var «From biological to heterogeneous catalysis: Spectroscopic studies of ammonia synthesis and decomposition». Stian Svelle og Yngve Stenstrøm
RkJQdWJsaXNoZXIy MTQ3Mzgy