Простой катализатор может помочь превратить углекислый газ в топливо

Фото из открытых источников

Химики сообщили об открытии потенциально дешевого и стабильного катализатора, который может эффективно расщеплять CO 2 на монооксид углерода (CO), молекулярную отправную точку для пластмасс, дизельного топлива и реактивного топлива. Поскольку возобновляемая электроэнергия может питать эти реакции, катализатор может помочь в производстве химических веществ без сжигания ископаемого топлива. Это также может помочь создать рынок для огромных объемов CO 2, который компании планируют улавливать не только из дымовых труб, но и из океана и воздуха.

«Это крупное открытие», — говорит Цзингуан Чен, химик из Колумбийского университета. Катализатор — не первое и не единственное соединение, которое может помочь преобразовать отработанный CO 2 в более полезные соединения. Тем не менее, поскольку катализаторы должны проявить себя и масштабироваться от прототипов реакторов в лабораториях до коммерческих предприятий, каждый новый катализатор жизненно важен, говорит Кафер Явуз, химик из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы. «Проблема настолько велика, что места хватит всем», — говорит он. «Нам нужны все шансы, которые мы можем получить».

Преобразование CO 2 в CO является энергоемким, поскольку связи в CO 2 очень стабильны. Компании разрабатывают реакторы, которые обеспечивают энергию, необходимую для разрыва этих связей, работая при температуре более 1000°C. Но для достижения таких температур обычно требуется сжигание ископаемого топлива, что приводит к большому углеродному следу. А лучшие катализаторы этих высокотемпературных реакций либо содержат дорогие драгоценные металлы, либо быстро разлагаются.

В последние годы исследователи обратились к недорогим катализаторам на основе молибдена, которые могут работать при температуре всего от 500°C до 600°C. Но до сих пор они либо разлагались слишком быстро, либо недостаточно селективны: вместо производства чистого CO они также производят метан, менее полезный химический строительный блок.

Сегодня химики Милад Ахмади Хошуи и Омар Фарха из Северо-Западного университета сообщают в журнале Science об открытии соединения карбида молибдена, которое не только производит чистый CO из CO 2, но и является очень стабильным. Хошуи обнаружил, что когда он смешал простой столовый сахар с соединением молибдена и запекал его в течение ночи при 120°C, он получил структуру, которая превращала CO 2 в CO со 100% селективностью в небольшом лабораторном реакторе, работающем всего при 600°C. Катализатор также остался неизменным после 500 часов работы — продолжительности, которую Чен называет «очень впечатляющей» для первоначального академического исследования.

Новый катализатор на основе молибдена присоединяется к другим в миссии по дешевому преобразованию CO 2 в CO. Например, в 2020 году Ювуз и его коллеги сообщили, что катализатор на основе никеля и молибдена способен превращать CO 2 и метан в CO. и газообразный водород, промышленно ценная комбинация, известная как синтез-газ. А в 2022 году Мэтью Кэнан, химик из Стэнфордского университета, и его коллеги сообщили в Cell Reports Physical Science, что катализаторы на основе карбоната калия и натрия эффективно преобразуют CO 2 и газообразный водород в CO — реакция, более непосредственно связанная с новым молибденовым катализатором.

В совокупности эти катализаторы конверсии CO 2 дают реальную надежду на создание экономики замкнутого цикла, в которой топливо, критически важное для общества, будет производиться из атмосферного CO 2 без необходимости сжигания дополнительного ископаемого топлива, говорит Маттео Каргнелло, химик из Стэнфорда. «Они показывают, — говорит он, — как мы потенциально можем сделать устойчивую химию реальностью».