«Зелёная» повестка дня и жёсткое квотирование выбросов углерода заставляют создавать на производствах системы улавливания и переработки CO₂. Без катализаторов процесс переработки углекислого газа крайне неэффективен, но к самим катализатором также есть вопросы. Они либо используют драгоценные металлы и эффективны, но стоят очень дорого, либо создаются из широко распространённых металлов и дёшевы, хотя и с низкой эффективностью.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Научный коллектив НИТУ «МИСиС» смог создать достаточно недорогой катализатор для переработки углекислого газа (CO₂) в угарный газ (CO) и вынашивает планы дальнейшего преобразования угарного газа в углеводородное топливо. Тем самым российские учёные планируют не только влиять на углеродный след промышленности, но также получать попутно топливо для повторного использования.

В предложенном катализаторе на основе наночастиц железа доля драгоценного металла (платины) снижена до менее 1 атомного процента. Проблема с катализаторами на основе наночастиц железа и платины была в том, что при нагреве до рабочих температур в 350 °C наночастицы сливались в островки и тем самым снижали эффективность катализаторов. Распределение наночастиц в материале катализатора резко снижалось, и говорить об эффективности уже не приходилось.

Открытие учёных заключается в том, что они разработали техпроцесс «окукливания» наночастиц железа и платины в оболочки из нитрида бора. Опыты показали, что в такой обёртке наночастицы увеличиваются в размерах не очень сильно: в среднем с 2 нм до 8 нм. Это позволяет недорогому катализатору на основе железа долго оставаться эффективным. Если сравнивать разработку с современными аналогами катализаторов на основе железа, то новый катализатор показывает рост конверсии CO₂ в 10–15 раз и достигает 25 % при температуре 350 °C.

На этом эксперименты не закончились. Учёные будут искать возможность дальнейшее превращения CO в углеводородное топливо, чтобы замкнуть процесс улавливания углекислого газа до получения более удобного в обращении горючего. Добавим, работа была опубликована в международном научном журнале Journal of Catalysis и доступна по ссылке.

Если промышленность и экономика человечества не могут прекратить вырабатывать углекислый газ, то этот самый газ лучше всего превратить во что-то полезное. Например, переработать его в жидкое топливо — это и утилизация, и польза для экономики.

Источник изображения: Wiley-VCH / Angewandte Chemie

Для превращения углекислого газа (CO₂) в ряд жидких топливных соединений китайские учёные разработали перспективный электрокатализатор. Выход по току у нового катализатора достигает 49 % при 0,8 В по сравнению с широко использующимся реверсивным водородным электродом для получения C_2-4 и он остаётся стабильным в течение трёх месяцев.

Новый катализатор разработала и испытала команда из Фошаньского университета (Фошань, Гуандун), Китайского университета науки и технологии (Хэфэй, Аньхой) и Сианьского университета Шиёу (Сиань, Шэньси) под руководством Фэй Ху, Тингтинг Конг, Цзюнь Цзян и Юйцзе Сюн. Основными продуктами переработки углекислого газа являются этанол, ацетон и н-бутанол.

Жидкое топливо легче запасать, транспортировать и сжигать, а вырабатывать его можно при избытке электроэнергии на солнечных или ветряных электростанциях. Избыток всё равно никуда не подаётся, поэтому сравнительно низкая эффективность химических реакций в присутствии катализаторов — это лучше, чем ничего.

Созданный учёными электрокатализатор назвали a-CuTi@Cu или активная медь на аморфном сплаве меди и титана. Сплав меди и титана обрабатывается плавиковой кислотой до полного удаления титана с поверхности. При этом в материале образуются поры с центрами из активной меди и титаном в глубине материала (он по-прежнему остаётся сплавом). Экспериментально подтверждено, что материал демонстрирует удивительно высокую активность, селективность и стабильность для восстановления CO₂ до продуктов C_2-4. Чистая медь на такое неспособна, а предложенная структура справляется более чем хорошо.

Представьте ситуацию, в которой машины с двигателями внутреннего сгорания, ТЭС на угле и газе и промышленные установки вместо углекислого газа при сжигании топлива вдруг начали вырабатывать чистый кислород. Фантастика? Но это возможно, заявили учёные из Австралии и представили установку для простого и эффективного превращения CO₂ в кислород и твёрдый углерод.

Источник изображения: UNSW

Учёные из Школы химической инженерии Университета Квинсленда под управлением команды из Университета Нового Южного Уэльса вместе с исследователями из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), Государственного университета Северной Каролины, RMIT, Мельбурнского университета, Технологического университета Квинсленда и Австралийского синхротрона (ANSTO) нашли решение эффективного преобразования углекислого газа в кислород и твёрдый углерод.

В основе опытной установки объёмом два литра лежат физико-химические явления, связанные с пропусканием углекислого газа через галлий. Это так называемый жидкий металл, который начинает плавиться при температуре, близкой к 30 °C. Кроме галлия в жидкой форме и галлия в виде наночастиц в смесь добавляются серебряные стержни нанометровых размеров. В процессе работы смесь интенсивно перемешивается, что вызывает трибоэлектрохимические реакции, когда вещества в жидком состоянии начинают за счёт силы трения активнее взаимодействовать с поверхностями твёрдых наполнителей.

Источник изображения: UNSW

В статье в журнале Advanced Materials, в которой рассказано об исследовании, учёные сообщили, что компактная установка месяц без изменения характеристик преобразовывала 100 мл CO₂ каждую минуту. На превращение тонны CO₂ в чистый кислород и твёрдый углерод было затрачено 230 кВт·ч электричества, что примерно равно $100. Эффективность преобразования достигла 92 %. Углерод, кстати, образуется в смеси в виде хлопьев и просто всплывает на поверхность, где его очень легко собирать.

Подобными установками, считают учёные, можно оборудовать каждый автомобиль с ДВС и каждую электростанцию на ископаемом топливе и тогда воздух посвежеет буквально на глазах. Для коммерциализации технологии немедленно создали компанию LM Plus. Ждём от неё интересных новостей.