Химики из Канады научились превращать воздух в этилен

0
245

1520789026Ученые из университета Торонто создали катализатор, который может превращать молекулы углекислого газа в этилен, сырье для производства полиэтилена и газ из сварочных аппаратов. «Рецепт» по его производству был опубликован в журнале Science.
«Мы уже много лет знали, что эта реакция ускоряется в щелочной среде, однако никто раньше не пытался этим воспользоваться и проверить, насколько эффективной она становится на практике в таком случае. Мы реализовали эту идею и показали, как преодолеть все технические проблемы», — заявил Цао-Тан Динх (Cao-Thang Dinh) из университета Торонто (Канада).
В последние годы ученые активно пытаются найти способ превращения атмосферного СО2 в биотопливо и другие полезные вещества. К примеру, в июле 2016 года физики из Чикаго создали солнечную батарею, которая напрямую использует энергию света для расщепления СО2 и производства угарного газа и водорода, а в октябре их коллеги из Национальной лаборатории в Оак-Ридж создали катализатор, преобразующий углекислоту в этанол, «обычный» спирт.
Все эти катализаторы и системы «трансмутации» воздуха в спирт могут помочь не только решить проблему обеспечения человечества полностью «зеленым» топливом, но и найти более дешевые источники сырья для производства химикатов, полимеров, пластмасс и других материалов, которые сегодня производятся из нефти и газа.
Динх и его коллеги уже несколько лет работают над созданием катализаторов, которые бы напрямую превращали СО2 в этилен. Сегодня он занимает лидирующую роль в химической промышленности – каждый год нефтегазовые предприятия вырабатывают около 150 миллионов тонн этилена, большая часть которого превращается в полиэтилен и другие полимерные соединения.
Подобными свойствами обладают наночастицы меди, однако у них есть две проблемы – они превращают лишь небольшую часть молекул СО2 в этилен и при этом потребляют много электричества.
Еще в начале 1990 годов, как рассказывает Динх, ученые заметили, что КПД таких катализаторов резко вырастает, если поместить их в раствор щелочи. Это, однако, создает новый набор проблем – медные наночастицы начинали быстро разрушаться и зарастать побочными продуктами реакции, что резко снижало эффективность их работы уже через 30-40 минут после запуска реактора.
Канадские ученые избавились от этой проблемы, «спрятав» тонкую пластинку из меди внутри своеобразного бутерброда из нескольких листов графита, углеродных нанотрубок и тефлоновых наноцилиндров. Подобная конструкция не мешала молекулам СО2 проникать внутрь катализатора, но защищала его от разрушения.
Как показали первые опыты, подобная конструкция разрушается в 15 раз медленнее, чем наночастицы меди, и при этом она обладает более высоким КПД и меньшей «прожорливостью». По словам химиков, примерно 70% электроэнергии тратится на полезную работу, и больше половины молекул СО2 превращается в этилен, что уже неплохо с коммерческой точки зрения.
Сейчас ученые работают над созданием «промышленных» версий этого катализатора, которые были бы приспособлены для работы с большими количествами СО2. Как надеется Динх, открытия его команды помогут избавить Землю от «нефтегазовой зависимости» уже в ближайшие годы.