Химики выяснили, как дешево превращать воздух в спирт
02.03.2018 999 0
Химики из США создали новый катализатор, способный дешево и эффективно расщеплять углекислый газ и превращать его в "заготовки" для производства спирта и других полезных органических веществ. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Energy & Environmental Science.
В последние годы ученые пытаются найти способ превращения атмосферного СО2 в биотопливо и другие полезные вещества. Например, в июле прошлого года физики из Чикаго создали солнечную батарею, которая напрямую использует энергию света для расщепления СО2 и производства угарного газа и водорода. Несколько месяцев спустя их коллеги из Национальной лаборатории в Оак-Ридж создали катализатор, преобразующий углекислоту в этанол, "обычный" спирт.
Все эти катализаторы и системы "трансмутации" воздуха в спирт могут помочь не только решить проблему обеспечения человечества зеленым топливом, но и найти более дешевые источники сырья для химической промышленности.
Главная проблема, как отмечает Ставицки, это низкий КПД или крайне высокая стоимость этих катализаторов. Это связано с тем, что их ключевым компонентом являются атомы или соединения золота, платины и других благородных или просто редких металлов.
Низкая эффективность работы более дешевых катализаторов на базе никеля, кобальта и других дешевых металлов, по словам химиков, связана с тем, что они обладают совершенно разными свойствами в атомарном и "молекулярном" виде. В частности, одиночные атомы никеля предпочитают взаимодействовать с углекислотой и превращать ее в угарный газ, а наночастицы или бруски этого металла преимущественно реагируют с водой и расщепляют ее на водород и кислород.
Ученые давно пытаются создать расщепитель СО2 на основе подобных металлов, но этому мешает нестабильность атомов никеля: их практически невозможно удержать на месте, из-за чего они быстро объединяются и КПД катализатора резко падает.
Ставицки и его коллеги выяснили, что эту проблему можно решить при помощи графена — плоского двумерного материала, похожего по структуре на пчелиные соты и состоящего из атомов углерода.
Эти соты, по словам химиков, играют роль своеобразных "клеток" для никеля, не позволяя его атомам сближаться друг с другом и объединяться в наночастицы, мешающие расщеплению СО2. Более того, как показали снимки с электронного микроскопа, графен взаимодействует с металлом и усиливает его активность. Это дополнительно повышает эффективность его работы.
Первые экспериментальные версии такого катализатора обладали сверхвысоким КПД, превышающим 90%, и при этом они сохраняли химическую стабильность и продолжали работать без снижения эффективности долгое время.
В ближайшее время ученые надеются выяснить, как можно производить подобные листы "никелированного" графена в промышленных количествах, что откроет дорогу для появления индустрии переработки атмосферного СО2 в спирт и другие полезные вещества.
"Угарный газ, продукт этого процесса, можно использовать для самых разных целей — производства водорода, спиртов и различных углеводородов. Если нам удастся найти дешевый способ превращения углекислоты в угарный газ, то тогда такое открытие принесет неоценимую пользу обществу", — заявил Элай Ставицки (Eli Stavitski) из Национальной лаборатории в Брукхевене (США).
В последние годы ученые пытаются найти способ превращения атмосферного СО2 в биотопливо и другие полезные вещества. Например, в июле прошлого года физики из Чикаго создали солнечную батарею, которая напрямую использует энергию света для расщепления СО2 и производства угарного газа и водорода. Несколько месяцев спустя их коллеги из Национальной лаборатории в Оак-Ридж создали катализатор, преобразующий углекислоту в этанол, "обычный" спирт.
Все эти катализаторы и системы "трансмутации" воздуха в спирт могут помочь не только решить проблему обеспечения человечества зеленым топливом, но и найти более дешевые источники сырья для химической промышленности.
Главная проблема, как отмечает Ставицки, это низкий КПД или крайне высокая стоимость этих катализаторов. Это связано с тем, что их ключевым компонентом являются атомы или соединения золота, платины и других благородных или просто редких металлов.
Низкая эффективность работы более дешевых катализаторов на базе никеля, кобальта и других дешевых металлов, по словам химиков, связана с тем, что они обладают совершенно разными свойствами в атомарном и "молекулярном" виде. В частности, одиночные атомы никеля предпочитают взаимодействовать с углекислотой и превращать ее в угарный газ, а наночастицы или бруски этого металла преимущественно реагируют с водой и расщепляют ее на водород и кислород.
Ученые давно пытаются создать расщепитель СО2 на основе подобных металлов, но этому мешает нестабильность атомов никеля: их практически невозможно удержать на месте, из-за чего они быстро объединяются и КПД катализатора резко падает.
Ставицки и его коллеги выяснили, что эту проблему можно решить при помощи графена — плоского двумерного материала, похожего по структуре на пчелиные соты и состоящего из атомов углерода.
Эти соты, по словам химиков, играют роль своеобразных "клеток" для никеля, не позволяя его атомам сближаться друг с другом и объединяться в наночастицы, мешающие расщеплению СО2. Более того, как показали снимки с электронного микроскопа, графен взаимодействует с металлом и усиливает его активность. Это дополнительно повышает эффективность его работы.
Первые экспериментальные версии такого катализатора обладали сверхвысоким КПД, превышающим 90%, и при этом они сохраняли химическую стабильность и продолжали работать без снижения эффективности долгое время.
В ближайшее время ученые надеются выяснить, как можно производить подобные листы "никелированного" графена в промышленных количествах, что откроет дорогу для появления индустрии переработки атмосферного СО2 в спирт и другие полезные вещества.
| Читайте также |
| Комментарии (0) |