Мы все слышали, что выбросы углекислого газа (CO2) требуют срочных решений, но что, если бы мы могли превратить этот парниковый газ в полезные химические вещества или топливо? Электрохимическая конверсия CO2 - процесс превращения углекислого газа в ценные продукты - является многообещающим путем к получению более экологичной энергии и сокращению выбросов. В чем подвох? Существующие методы либо работают недолго, либо потребляют слишком много энергии, что ограничивает их применение в реальных условиях.
Например, низкотемпературная конверсия CO2 обычно длится менее 100 часов и достигает КПД ниже 35%. Этот процесс может быть более практичным при более высоких температурах - от 600 до 1000 градусов Цельсия, - но современные катализаторы часто быстро изнашиваются или требуют дорогостоящих драгоценных металлов. Технология нуждается в эффективном, стабильном и экономичном решении, способном превращать CO2 в полезные продукты, такие как монооксид углерода, ключевой ингредиент во многих промышленных процессах.
Теперь команда под руководством профессора Ксиле Ху из EPFL разработала новый тип катализатора, который обещает сделать это высокотемпературное преобразование более практичным и экономичным. Катализатор мог бы ускорить переход к более чистым отраслям промышленности за счет преобразования CO2 в пригодные для использования химикаты и топливо.
Исследователи разработали инновационный катализатор, изготовленный из кобальт-никелевого сплава (Co-Ni), заключенного в керамический материал под названием Sm 2o3-легированный CeO 2 (SDC). Герметизация предотвращает агломерацию металла (слипание в комки) - распространенную проблему, снижающую эффективность катализатора. Впечатляет то, что их катализатор обеспечивает 90%-ную энергоэффективность, 100%-ную селективность продукта и сохраняет свои характеристики в течение беспрецедентных 2000 часов, намного превосходя существующие технологии.
Для создания катализатора первый автор и постдок EPFL Вэньчао Ма использовал золь-гель метод - процесс, при котором соли металлов смешиваются с органическими молекулами с образованием крошечных металлических кластеров, заключенных в керамические оболочки. Они протестировали различные комбинации металлов и обнаружили, что сбалансированное сочетание кобальта и никеля обеспечивает наилучшие эксплуатационные характеристики. В отличие от традиционных катализаторов, которые быстро разлагаются при интенсивном нагревании, инкапсулированный сплав оставался стабильным, сохраняя свою эффективность даже после тысяч часов непрерывной работы.
Результаты были замечательными. Новый катализатор обеспечивал энергоэффективность на уровне 90% при температуре 800 градусов Цельсия, превращая CO2 в монооксид углерода - ценное химическое вещество, используемое в промышленных процессах, - со 100% селективностью. Проще говоря, почти вся электроэнергия, использованная в реакции, непосредственно способствовала получению желаемого химического вещества, без расточительных побочных реакций.
Этот прорыв приближает нас к практичной и экономически эффективной переработке углерода. Вместо выброса CO2 в атмосферу промышленные предприятия могли бы повторно использовать его, превращая отработанный газ в ценные продукты. Эта технология могла бы помочь промышленным предприятиям снизить воздействие на окружающую среду, экономя при этом как энергию, так и деньги.
Катализатор команды EPFL оставался стабильным в промышленных условиях более 2000 часов, что значительно снижает эксплуатационные расходы. По предварительной оценке исследователей, по сравнению с существующими технологиями их подход мог бы сократить общие затраты на 60-80%.
Катализатор - это значительный шаг на пути к более чистым отраслям промышленности. Эффективно превращая CO2 в ценные продукты, мы можем представить себе будущее, в котором промышленные предприятия будут перерабатывать выбросы углекислого газа так же регулярно, как мы перерабатываем бумагу и пластик сегодня. Команда EPFL подала международную патентную заявку на катализатор.
Другие участники
Комментарии