Ученые разработали новый катализатор, который превращает CO2 и водород в метанол. Предлагая реалистичный рыночный потенциал, технология прокладывает путь к устойчивому производству топлива и химикатов.
Мировая экономика по-прежнему зависит от ископаемых источников углерода, таких как нефть, природный газ и уголь, не только для производства топлива, но и в качестве сырья, используемого в химической промышленности для производства пластмасс, и множества других химических соединений. Хотя в течение некоторого времени, предпринимались попытки найти способы производства жидкого топлива и химических продуктов из альтернативных, устойчивых ресурсов, они еще не вышли за рамки нишевых применений.
Ученые из ETH Zurich объединились с французской нефтегазовой компанией Total для разработки новой технологии, которая эффективно превращает CO 2 и водород непосредственно в метанол. Метанол считается товаром или химическим веществом. Можно преобразовать его в топливо и широкий спектр химических продуктов, включая те, которые сегодня в основном основаны на ископаемых ресурсах. Кроме того, сам метанол потенциально может быть использован в качестве пропеллента, например, в метанольных топливных элементах.
Нанотехнологии
Основой нового подхода, является химический катализатор на основе оксида индия, который был разработан Хавьером Пересом-Рамиресом, профессором каталитического инжиниринга в ETH Zurich, и его командой. Всего несколько лет назад команда успешно продемонстрировала в экспериментах, что оксид индия способен катализировать необходимую химическую реакцию. Даже в то время было обнадеживающим, что при этом практически генерировался только метанол, и почти не было побочных продуктов кроме воды. Катализатор также оказался очень стабильным. Однако оксид индия не был достаточно активным в качестве катализатора; его необходимые большие количества, препятствуют тому, чтобы это было коммерчески жизнеспособным выбором.
Команде ученых в настоящее время удалось значительно повысить активность катализатора, не влияя на его селективность или стабильность. Они достигли этого путем обработки оксида индия небольшим количеством палладия. «Более конкретно, мы вставляем несколько отдельных атомов палладия в структуру кристаллической решетки оксида индия, которая закрепляет дополнительные атомы палладия на его поверхности, создавая крошечные кластеры, которые необходимы для замечательной производительности», — объясняет Сесилия Монделли, лектор в Пересе. Группа Рамиреса. Перес-Рамирес указывает, что с помощью передовых аналитических и теоретических методов катализ теперь может считаться нанотехнологией, и фактически проект ясно показывает, что это так.
Замкнутый углеродный цикл
«В настоящее время добыча метанола в промышленных масштабах производится исключительно из ископаемого топлива с соответствующим высоким углеродным следом», — говорит Перес-Рамирес. «Наша технология использует CO 2 для производства метанола». Этот CO 2 может быть извлечен из атмосферы или — более просто и эффективно — из выхлопных газов, выпущенных электростанциями сгорания. Даже если топливо синтезируется из метанола и впоследствии сжигается, СО 2 рециркулируется и, таким образом, углеродный цикл замыкается.
Производство второго сырья, водорода, требует электричества. Тем не менее, ученые отмечают, что если это электричество поступает из возобновляемых источников, таких как энергия ветра, солнечной или гидроэнергетики, оно может быть использовано для производства устойчивого метанола и, следовательно, устойчивых химических веществ и топлива.
По сравнению с другими методами, которые в настоящее время применяются для производства экологически чистого топлива, Перес-Рамирес продолжает использовать эту технологию, которая имеет большое преимущество в том, что она практически готова для рынка. ETH Zurich и Total совместно подали патент на эту технологию. В настоящее время Total планирует расширить подход и потенциально внедрить технологию в демонстрационном блоке в течение следующих нескольких лет.
