Везде, где невозможно предотвратить образование вредных парниковых газов, их следует преобразовывать во что-то полезное: этот подход называется "улавливание и утилизация углерода". Для этого необходимы специальные катализаторы. Однако до сих пор проблема заключалась в том, что на этих катализаторах быстро образуется слой углерода - это называется "коксованием" - и катализатор теряет свой эффект. В TU Wien был применен новый подход: крошечные металлические наночастицы были получены на кристаллах перовскита путем специальной предварительной обработки. Взаимодействие между поверхностью кристалла и наночастицами затем гарантирует, что желаемая химическая реакция протекает без опасного эффекта коксования.
Сухой риформинг: парниковые газы превращаются в синтез-газ
Диоксид углерода (CO2) и метан - это два антропогенных парниковых газа, которые вносят наибольший вклад в изменение климата. Оба газа часто встречаются в сочетании, например, на биогазовых установках. "Так называемый сухой риформинг метана - это метод, который может быть использован для одновременного преобразования обоих газов в полезный синтез-газ", - говорит профессор. Кристоф Рамешан из Института химии материалов Венского университета. "Метан и углекислый газ превращаются в водород и монооксид углерода, и затем из них относительно легко производить другие углеводороды, вплоть до биотоплива".
Большой проблемой здесь является стабильность катализаторов: "Металлические катализаторы, которые до сих пор использовались для этого процесса, имеют тенденцию производить крошечные углеродные нанотрубки", - объясняет Флориан Шренк, который в настоящее время работает над своей диссертацией в команде Рамешана. Эти нанотрубки осаждаются в виде черной пленки на поверхности катализатора и блокируют его.
Кристаллы перовскита как ключ к успеху
Команда TU Wien теперь создала катализатор с принципиально иными свойствами: "Мы используем перовскиты, которые представляют собой кристаллы, содержащие кислород, которые могут быть легированы различными атомами металла", - говорит Кристоф Рамешан. "Вы можете ввести никель или кобальт, например, в перовскит - металлы, которые ранее также использовались в катализе".
Специальная предварительная обработка кристалла водородом при температуре около 600 ° C позволяет атомам никеля или кобальта мигрировать на поверхность и образовывать там наночастицы. Размер наночастиц имеет решающее значение: успех был достигнут с наночастицами диаметром от 30 до 50 нанометров. Затем на этих крошечных зернах происходит желаемая химическая реакция, но в то же время кислород, содержащийся в перовските, предотвращает образование углеродных нанотрубок.
"Мы смогли показать в наших экспериментах: Если вы выберете правильный размер наночастиц, углеродная пленка не образуется - коксование больше не представляет опасности", - говорит Флориан Шренк. "Более того, наночастицы стабильны, структура катализатора не меняется, его можно использовать постоянно".
Важный строительный блок для завтрашнего биоперерабатывающего завода
Новые перовскитные катализаторы могут быть использованы везде, где одновременно производятся метан и диоксид углерода - это часто имеет место при работе с биологическими веществами, например, на биогазовых установках. В зависимости от выбранной температуры реакции можно влиять на состав получаемого синтез-газа. Таким образом, дальнейшая переработка вредных для климата парниковых газов в ценные продукты могла бы стать важным строительным блоком для устойчивой экономики замкнутого цикла.
Комментарии