Учёные из России создали катализатор, способный трансформировать диоксид углерода (CO₂) в соединения, служащие основой получения монооксида углерода, метана и иных углеводородных веществ, востребованных в промышленности.
Ирина Медведева
Источник фото: пресс-служба МИСИС
По сообщению пресс-службы МИСИС, разработанный образец демонстрирует степень превращения CO₂ до 21% и сохраняет работоспособность на протяжении 50 часов. Данный инновационный подход открывает перспективы для развития экологически чистой энергетики.
Переработка CO₂ — актуальная задача для экологии
Диоксид углерода считается одним из главных факторов, способствующих глобальному потеплению. Молекула CO₂ обладает высокой стабильностью, и естественные экосистемы могут усваивать её лишь в ограниченном объёме, что ведёт к постоянному росту концентрации этого газа в атмосфере и интенсификации климатических изменений.
В настоящее время выделяют две основные стратегии обращения с углекислым газом: его улавливание и последующее преобразование. Первый путь подразумевает захват CO₂ из газообразных или жидких сред с применением различных адсорбирующих материалов, например, цеолитов, металлоорганических каркасов, оксидов и других, с последующим размещением в специальных хранилищах.
Второй путь нацелен на создание каталитических методов для конверсии CO₂ в ценные вещества. Наиболее перспективным треком в этой области сегодня становится применение многокомпонентных каталитических систем, к которым относятся биметаллические сплавы.
Антон Конопацкий, к.т.н. , с.н.с. НИЦ «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСИС». Источник фото: пресс-служба МИСИС
Особенности катализатора
Биметаллические системы, сочетающие в себе благородные и неблагородные металлы, позволяют достичь высокой каталитической активности при снижении стоимости.
Для решения задачи утилизации углекислого газа в промышленных масштабах ученые из НИТУ «МИСИС», ИБХФ РАН и Сколтеха синтезировали катализатор на основе наночастиц сплава железа и платины, зафиксированных на специальной подложке, играющей роль стабилизатора.
Как отметил к.т.н. Антон Конопацкий, с.н.с. НИЦ «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСИС», исследовались два типа подложек: стандартные микрочастицы нитрида бора и модифицированные структуры с управляемыми дефектами.
Именно с подложками связано распределение частиц. На ровной наночастицы размещаются менее упорядоченно и в процессе реакции при высокой температуре слипаются.
Дефекты же позволяют закрепить частицы, что предотвращает их спекание благодаря увеличенной площади контакта.
Во втором варианте катализатор проявляет высокую активность с самого начала реакции и не теряет её в течение длительного времени. Это повышает эффективность процесса переработки CO₂ и приближает технологию к промышленным требованиям, где ключевое значение имеют надёжность и воспроизводимость.
С деталями работы можно ознакомиться в издании Materials Chemistry and Physics (Q1).
Дмитрий Штанский,д.ф.-м.н., директор НИЦ «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСИС». Источник фото: пресс-служба МИСИС
Дмитрий Штанский, д.ф.-м.н., директор НИЦ «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСИС» пояснил, что во время реакции катализатор меняет кристаллическую структуру, на его поверхности создаются центры синетза углеводородов. Упорядочение структуры начинается около 300°C, это существенно ниже, чем обычно необходимо при аналогичных процессах.
«Так комбинация биметаллических активных наночастиц и носителя из нитрида бора даёт возможность управлять распределением продуктов реакции, не меняя условий её проведения» отметил Дмитрий Штанский.
Исследование стабильности катализаторов выполнялось в рамках технологического проекта НИТУ «МИСИС» «Биомедицинская инженерия и биоматериалы» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030», а также международных проектов.
Как сообщила ректор НИТУ «МИСИС» Алевтина Черникова, важным критерием в научной работе МИСИС является комплексный взгляд на вопросы устойчивого развития, обеспечивающий рациональное использование природных ресурсов.
Инновационный метод преобразования углекислого газа в топливо и химическое сырьё найдёт применение в сфере „зелёной“ энергетики» подчеркнула Алевтина Черникова.
Проблемы сохранения качества окружающей среды и рационального использования природных ресурсов сегодня особенно актуальны для отечественной промышленности. Передовые предприятия успешно реализуют этот тренд: журнал «Химагрегаты» рассказал, что к своему 88-му дню рождения Московский НПЗ «омолодился» на 80% и улучшил экологию на 75%.