В TU Wien проводятся исследования особого класса минералов – перовскитов, которые до сих пор использовались для солнечных элементов в качестве анодных материалов или электронных компонентов, а не из-за их каталитических свойств. Теперь ученым из TU Wien удалось создать специальный перовскит, который отлично подходит в качестве катализатора для преобразования CO2 в другие полезные вещества, такие как синтетическое топливо. Новый перовскитовый катализатор очень стабилен и к тому же относительно дешев, поэтому подходит для промышленного использования.
Как закрыть углеродный цикл
«Нас интересует так называемая обратная реакция конверсии водяного газа», – говорит проф. Кристоф Рамешан из Института химии материалов Венского технического университета. «В этом процессе углекислый газ и водород превращаются в воду и окись углерода. Затем вы можете переработать окись углерода, например, в метанол, другие химические базовые материалы или даже в топливо."
Эта реакция не нова, но она не применялась в промышленных масштабах для утилизации CO2.
Происходит при высоких температурах, что способствует быстрому разрушению катализаторов. Это особая проблема, когда речь идет о дорогостоящих материалах, например, содержащих редкие металлы.
Кристоф Рамешан и его команда исследовали, как адаптировать материал из класса перовскитов специально для этой реакции, и он добился успеха: «Мы опробовали несколько вещей и, наконец, пришли к перовскиту из кобальта, железа, кальция и неодима, который имеет отличные свойства ", – говорит Рамешан.
Атомы, мигрирующие через кристалл
Благодаря своей кристаллической структуре перовскит позволяет некоторым атомам перемещаться через него. Например, во время катализа атомы кобальта изнутри материала перемещаются к поверхности и образуют на ней крошечные наночастицы, которые затем становятся особенно химически активными. При этом образуются так называемые кислородные вакансии – позиции в кристалле, где фактически должен находиться атом кислорода.
Именно в этих свободных местах молекулы СО2 могут особенно хорошо стыковаться, чтобы затем диссоциировать на кислород и окись углерода.
«Мы смогли показать, что наш перовскит значительно более стабилен, чем другие катализаторы», – говорит Кристоф Рамешан. "Он также имеет то преимущество, что его можно регенерировать: если его каталитическая активность снижается через определенное время, вы можете просто восстановить его до исходного состояния с помощью кислорода и продолжать его использование."
Первоначальные оценки показывают, что катализатор также является перспективным с экономической точки зрения. «Он дороже других катализаторов, но всего в три раза, и он намного долговечнее», – говорит Рамешан. «Теперь мы хотели бы попробовать заменить неодим на что-то другое, что могло бы еще больше снизить стоимость."
Промышленная установка со встроенным топливным производством
Теоретически вы можете использовать такие технологии для удаления CO2 из атмосферы, но для этого вам сначала нужно сконцентрировать углекислый газ, а это требует значительного количества энергии. Поэтому более эффективно сначала преобразовать CO2 там, где он производится в больших количествах, например, на промышленных предприятиях. «Вы можете просто добавить дополнительный реактор к существующим предприятиям, которые в настоящее время выбрасывают много СО2, в котором СО2 сначала превращается в СО, а затем перерабатывается», – говорит Кристоф Рамешан.
Вместо того, чтобы наносить ущерб климату, такое промышленное предприятие могло бы принести дополнительные выгоды.