Углекислый газ как сырье для получения топлива | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW | 07.05.2014

Посетите новый сайт DW

Зайдите на бета-версию сайта dw.com. Мы еще не завершили работу. Ваше мнение поможет нам сделать новый сайт лучше.

  1. Inhalt
  2. Navigation
  3. Weitere Inhalte
  4. Metanavigation
  5. Suche
  6. Choose from 30 Languages
Реклама

Наука

Углекислый газ как сырье для получения топлива

Как снизить содержание углекислого газа в атмосфере? Как распорядиться излишками электроэнергии из возобновляемых источников?

Проблема выброса в атмосферу парниковых газов заботит ученых уже давно. Наибольшую обеспокоенность вызывает углекислый газ, поскольку его вклад в глобальный парниковый эффект уступает лишь вкладу водяного пара. И здесь даже не так уж важно, идет ли речь об антропогенных выбросах, то есть тех, что вызваны деятельностью человека, или о природных источниках эмиссии СО2 - ведь увеличение его содержания в атмосфере в любом случае способствует глобальному потеплению, и с этим что-то надо делать!

Но проблема в том, что молекулы углекислого газа обладают очень низкой химической активностью, и для того, чтобы заставить их вступать в реакции с другими веществами, нужно затратить изрядное количество энергии. Поэтому до сих пор все мысли и усилия исследователей были направлены, в основном, на то, чтобы найти способ долговременного изъятия излишков углекислого газа из природного круговорота углерода. Захоронить их, скажем, в мировом океане, аккумулировать в почве и лесах, закачать в заброшенные шахты и так далее.

Две проблемы - одно решение

Однако теперь - благодаря работам группы американских химиков - перед экологами, климатологами, а заодно и энергетиками открылись совершенно новые перспективы. Потому что технология, разработанная профессором Стэнфордского университета Мэтью Кэнаном (Matthew Kanan) и его коллегами, не только позволяет превратить вредные выбросы СО2 в нечто полезное и даже ценное, но и облегчает переход от традиционной углеводородной энергетики к энергетике зеленой.

Ведь одна из главных проблем альтернативной энергетики состоит в непостоянстве энергопроизводства: ветер то дует, то нет, солнце то светит, то нет, и это заставляет искать способы аккумулировать излишки энергии, выработанной в благоприятные часы, для компенсации ее нехватки в неблагоприятные часы. Работа профессора Кэнана и его коллег, результаты которой опубликованы в журнале Nature, вносит весомый вклад в решение и этой проблемы. Ученый поясняет: "Идея состоит в создании системы, в которой солнечная энергия или энергия ветра использовались бы для поддержания электрохимического процесса превращения углекислого газа как исходного сырья в жидкое топливо".

Катализатор для получения этанола

Таким образом, углекислому газу нашлось бы, наконец, достойное применение. А излишки энергии, получаемой из регенеративных источников, расходовались бы на его электролиз и аккумулировались бы в образующемся при этом жидком горючем. "Уже сегодня углекислый газ можно электрохимическим путем восстанавливать до окиси углерода, но это только первый шаг, - поясняет профессор Кэнан. - Чтобы получить из нее углеводородное топливо, нужно продолжать процесс восстановления. Так вот, нам удалось теперь найти такой катализатор, который позволяет из окиси углерода и воды на следующем этапе электролиза получить этанол".

Тот самый этанол, то есть этиловый спирт, который подмешивают, например, к автомобильному бензину. Правда, на заправочных станциях в Германии доля этанола в бензине не превышает 10 процентов, но, скажем, в США или Швеции достигает 85, а в Бразилии - даже 100 процентов. Так что спрос на это топливо налицо.

Вместо водорода на катоде этанол

Чудо-катализатор калифорнийских ученых - это медь, но не просто медь, а наночастицы меди, вернее, нанокристаллы. Обычные наночастицы получают осаждением металла из термически разлагаемой газовой фазы, при этом образуется неупорядоченная структура. Профессор Кэнан поступил иначе: взяв за основу электрод из твердого оксида меди, он путем его химического восстановления получил строго упорядоченное покрытие из медных нанокристаллов. Электролизная ячейка калифорнийских исследователей представляет собой сосуд с водой, которая постоянно насыщается окисью углерода. Если в сосуд опустить стандартные электроды и подать на них напряжение, начнется разложение воды, на аноде будет собираться кислород, на катоде - водород. Но использование катода из нанокристаллов меди позволило вместо восстановления воды до водорода добиться восстановления окиси углерода до этанола.

Это даже не потребовало более или менее высокого напряжения, а эффективность электролиза (так называемая эффективность Фарадея) составила 57 процентов, что более чем в 10 раз превосходит показатель, достигнутый на обычных медных катализаторах.

Механизм непонятен, но перспективы впечатляют

"Мы надеемся, что в ходе дальнейшей оптимизации нашего катализатора нам удастся поднять эффективность процесса почти до 100 процентов", - говорит профессор Кэнан.

Почему нанокристаллы, полученные из твердого оксида меди, оказались таким замечательным катализатором, а наночастицы, осажденные из газовой фазы, - нет, ученый пока и сам не вполне понимает. Но это не мешает ему думать уже о дальнейших шагах: "Мы сделаем все, чтобы как можно скорее довести наше открытие до стадии практического применения. Сколько времени на это уйдет, сказать сегодня невозможно. Но в конечном итоге эта технология позволит нам извлекать углекислый газ из дымовых газов электростанций и превращать его в действительно полезный продукт вместо того, чтобы бессмысленно закачивать, как сегодня планируется, под землю!"