Химики выяснили, как можно дешево превращать воздух в спирт
Химики из США создали новый катализатор, способный дешево и очень эффективно расщеплять углекислый газ и превращать его в "заготовки" для производства спирта и многих других полезных органических веществ, говорится в статье, опубликованной в журнале Energy & Environmental Science.
"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 активно пытаются найти способ превращения атмосферного СО2 в биотопливо и другие полезные вещества. К примеру, в июле прошлого года физики из Чикаго создали солнечную батарею, которая напрямую использует энергию света для расщепления СО2 и производства угарного газа и водорода, а в октябре 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 полностью "зеленым" топливом, но и найти более дешевые источники сырья для химической промышленности.
Главной их проблемой сегодня, как отмечает Ставицки, является то, что все они или обладают низким КПД, или запредельно высокой стоимостью, связанной 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 достаточно 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 в своеобразные "кучки" 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, что дополнительно повышает эффективность его работы.
Первые экспериментальные версии данного катализатора, как отмечает Ставицки, обладали сверхвысоким КПД, превышающим 90%, и при этом они сохраняли химическую стабильность и продолжали работать без снижения эффективности на протяжении очень долгого времени.
Как надеются ученые, в ближайшее время они выяснят, 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.