Сотрудники Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли при министерстве энергетики США и Объединенного центра искусственного фотосинтеза разработали эффективный способ превращения углекислого газа в углеводороды с помощью медного катализатора. Технология, по мнению ученых, поможет заложить основы экологичного топливного производства. Об этом сообщает портал Phys.org.
В 1980-х гг. химики научились с помощью меди превращать углерод в спирты. Но ученым приходилось прикладывать много усилий, чтобы отделить нужные вещества от побочных, образующихся на промежуточных стадиях химических реакций. Это делало процесс долгим и экономически невыгодным.
Электрокатализ происходит в активных участках ‒ неровностях ‒ на поверхности окисленной меди. Электроны металла взаимодействуют с углекислым газом и водой в определенной последовательности и трансформируют их в этанол (этиловый спирт), используемый в качестве топлива; этилен ‒ основной компонент производства полиэтиленовых пакетов; и пропанол ‒ спирт, который широко применяется в фармацевтической промышленности.
Ученые предположили, что если бы активные участки меди были специфичными для каждого продукта, они могли бы проследить их происхождение по изотопам углерода. Исследователи провели ряд экспериментов, в ходе которых использовали электроны от солнечных батарей для «включения» определенных активных центров. Химики работали с двумя изотопами, пометив двуокись углерода изотопом углерод-12, а окись ‒ ключевой промежуточный продукт в образовании углерод-углеродных связей, ‒ углерод-13.
В результате ученые обнаружили, что изотопные сигнатуры (соотношение в исследуемом материале нерадиоактивных или относительно стабильных радиоактивных изотопов и неустойчивых радиоактивных изотопов ‒ прим. +1) этилена, этанола и пропанола отличались друг от друга, а значит, действительно возникли в разных частях катализатора. Исследователи считают, что объединение специфичных для каждого продукта участков в один катализатор повысит эффективность химического производства.
Основная цель разработок в области спиртовой топливной энергетики заключается в увеличении объема горючего для автотранспорта за счет использования альтернативных энергоносителей.
Согласно прогнозам Международного энергетического агентства, в 2023 г. использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в транспортном секторе вырастет до 3,8%. На биотопливо будет приходиться почти 90% ВИЭ, и объемы его производства увеличатся на 15%, достигнув 165 млрд л. При этом этанол обеспечит две трети роста, а оставшаяся часть придется на биодизель и гидроочищенное растительное масло. Мировые цены на этанол и биодизель в течение следующего десятилетия должны снизиться на 4% и 18% соответственно.