В продължение на десетилетия учените се опитват да превърнат един от основните виновници за климатичните промени – въглеродния диоксид (CO₂) – в полезно гориво. Макар идеята да звучи като мечтания сценарий за чиста енергия, на практика тя се сблъсква с упорит научен проблем, който дълго време изглеждаше почти нерешим, пише kaldata.com.
Сега изследователи от Китайската академия на науките съобщават за пробив, който може да промени правилата на играта.
В проучване, публикувано в престижното научно списание Chem, екип, ръководен от професор Дзян Сун и професор Дзяфен Ю от Далианския институт по химична физика, представя нов тип катализатор, способен значително да повиши ефективността при превръщането на въглеродния диоксид в метанол – едно от най-важните алтернативни горива и химически суровини.
Проблемът, който учените се опитват да решат от години, е добре известен. При ниски температури преобразуването на CO₂ в метанол е по-изгодно от химична гледна точка, но самият въглероден диоксид трудно се активира и реакцията протича бавно.
При по-високи температури процесът се ускорява, но заедно с него се засилва и образуването на нежелани странични продукти, което намалява добива на метанол.
Компромис между скорост и ефективност
Именно този компромис между скорост и ефективност дълго време спираше развитието на технологията.
Новият катализатор преодолява проблема чрез интелигентна архитектура, при която различните етапи на реакцията се извършват на различни места върху повърхността на материала. Изследователите използват силно взаимодействие между метал и носител, известно като SMSI, за да разделят пространствено активните центрове и да насочат реакцията към желаната крайна цел.
Резултатът е впечатляващ.
При температура от 300 градуса по Целзий и налягане от 3 мегапаскала новият катализатор постига производителност около три пъти по-висока от тази на използваните днес търговски медно-цинкови катализатори.
Още по-важно е, че новата технология значително намалява образуването на нежелани странични продукти.
Учените установяват, че въглеродният диоксид се активира основно върху центрове от циркониев диоксид (ZrO₂), което насочва реакцията по т.нар. формиатен път – много по-благоприятен за образуване на метанол. Така се избягва традиционният механизъм, при който първо се разкъсва връзката C=O и често се образува въглероден оксид.
Вместо това новият процес първо добавя водород към молекулата на CO₂, а едва след това преминава към следващите реакции. Тази промяна се оказва ключова за по-високата селективност и по-добрия добив.
Значението на подобно откритие надхвърля рамките на една лаборатория.
Метанолът се разглежда като едно от най-перспективните горива на бъдещето. Той може да се използва директно като енергиен източник, да служи за производство на синтетични горива или да бъде суровина за химическата индустрия. Ако производството му от уловен въглероден диоксид стане достатъчно ефективно и икономически изгодно, това би позволило част от вредните емисии да бъдат превръщани обратно в ценен ресурс.
„Нашето изследване може да предложи нов път за разрешаване на дългогодишния компромис между активността и селективността при синтеза на метанол от CO₂“, коментират авторите.
Ако технологията успее да премине успешно от лабораторията към индустрията, тя може да се превърне в още една важна стъпка към бъдеще, в което въглеродният диоксид няма да бъде само отпадък, а суровина за следващото поколение чисти горива.
