Ученые из университета Торонто создали катализатор, который может превращать молекулы углекислого газа в этилен, сырье для производства полиэтилена и газ из сварочных аппаратов. «Рецепт» по его производству был опубликован в журнале Science, сообщают «РИА Новости».
«Мы уже много лет знали, что эта реакция ускоряется в щелочной среде, однако никто раньше не пытался этим воспользоваться и проверить, насколько эффективной она становится на практике в таком случае. Мы реализовали эту идею и показали, как преодолеть все технические проблемы», — заявил Цао-Тан Динх (Cao-Thang Dinh) из университета Торонто (Канада).
В последние годы ученые активно пытаются найти способ превращения атмосферного СО2 в биотопливо и другие полезные вещества. К примеру, в июле 2016 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 производства химикатов, полимеров, пластмасс и других материалов, которые сегодня производятся из нефти и газа.
Динх и его коллеги уже несколько лет работают над созданием катализаторов, которые бы напрямую превращали СО2 в этилен. Сегодня он занимает лидирующую роль в химической промышленности — каждый год нефтегазовые предприятия вырабатывают около 150 миллионов тонн этилена, большая часть которого превращается в полиэтилен и другие полимерные соединения.
Подобными свойствами обладают наночастицы меди, однако у них есть две проблемы — они превращают лишь небольшую часть молекул СО2 в этилен и при этом потребляют много электричества.
Еще в начале 1990 годов, как рассказывает Динх, ученые заметили, что КПД таких катализаторов резко вырастает, если поместить их в раствор щелочи. Это, однако, создает новый набор проблем — медные наночастицы начинали быстро разрушаться и зарастать побочными продуктами реакции, что резко снижало эффективность их работы уже через 30–40 минут после запуска реактора.
Канадские ученые избавились от этой проблемы, «спрятав» тонкую пластинку из меди внутри своеобразного бутерброда из нескольких листов графита, углеродных нанотрубок и тефлоновых наноцилиндров. Подобная конструкция не мешала молекулам СО2 проникать внутрь катализатора, но защищала его от разрушения.
Как показали первые опыты, подобная конструкция разрушается в 15 раз медленнее, чем наночастицы меди, и при этом она обладает более высоким КПД и меньшей «прожорливостью». По словам химиков, примерно 70% электроэнергии тратится на полезную работу, и больше половины молекул СО2 превращается в этилен, что уже неплохо с коммерческой точки зрения.
Сейчас ученые работают над созданием «промышленных» версий этого катализатора, которые были бы приспособлены для работы с большими количествами СО2. Как надеется Динх, открытия его команды помогут избавить Землю от «нефтегазовой зависимости» уже в ближайшие годы.
