Исследователи Университета штата Пеннсильвании (Pennsylvania State University) разработали способ превращения смеси углекислого газа и водяного пара в природный газ и другие гидрокарбонаты. Разработка может стать определенным решением в борьбе с повышением уровня углекислого газа в атмосфере, а также предложить один из путей производства альтернативного топлива.

«Каждые 12 дней мир потребляет около одного миллиарда баррелей нефти, при сжигании которой выбросы углекислого газа в атмосферу составляют примерно 450 миллионов тонн, как говорит руководитель исследований Крейг Граймс (Craig Grimes), профессор Университета штата Пенсильвания, чья команда учёных и разработала способ. – Один из путей борьбы с проблемой увеличения СО2 в атмосфере- это переработка двуокиси углерода в высокоэнергетическое топливо, что имеет смысл только при наличии возобновляемого источника энергии, каким как раз и является солнечное излучение».

Для реализации способа ученые из Пеннсильвании разработали устройство, основой которого являются нанотрубки диоксида титана, играющие роль катализатора в определенных химических реакциях. Это устройство, питаемое только лишь энергией солнечного света, способно превращать смесь углекислого газа и водяного пара в природный газ и некоторые другие углеводородные соединения. Результаты исследований опубликованы в последнем номере интернет-журнала Nano Letters: Oomman K. Varghese, Maggie Paulose, Thomas J. LaTempa and Craig A. Grimes. High-Rate Solar Photocatalytic Conversion of CO2 and Water Vapor to Hydrocarbon Fuels, – Nano Lett., 2009, 9 (2), pp 731–737 DOI: 10.1021/nl803258p

В последнее время и другие группы исследователей разрабатывали методы превращения диоксида углерода в органические соединения, такие как метан, часто с применением наночастиц диоксида титана в качестве катализатора, но, в отличие от группы Крейга Граймса, для поддержания реакций они использовали ультрафиолетовое излучение.

Настоящим научным открытием является разработка метода, который действует для более широкого диапазона видимых частот, включая солнечный свет. Учёные выяснили, что могут увеличить каталитическую способность диоксида титана, сформировав его в нанотрубки, каждая приблизительно 135 нанометров в диаметре и 40 микрометров в длину, чтобы увеличить площадь поверхности. Для усиления их активности нанотрубки были покрыты каталитической медью.

Пучки нанотрубок диоксида титана (Фото: Craig Grimes)

Внутрь металлической камеры с кварцевым отверстием были помещены трубки, туда накачивалась смесь диоксида углерода и водяного пара, после чего камера подвергалась воздействию солнечного света в течение трёх часов.

Под действием солнечного света диоксид углерода и водяный пар превращались в метан и сопутствующие органические соединения, такие как этан, пропан, бутан, пентан и гексан, а также некоторые другие материалы в более низких концентрациях. Суммарная производительность, полученная в лаборатории – 160 микролитров в час на грамм нанотрубок. Хотя эти результаты в 20 раз превышают все описанные ранее методы, они пока ещё слишком низки для непосредственного практического применения.

Фотография одной из камер для химической реакции под излучением Солнца (Фото: Craig Grimes)

В ходе экспериментов ученые установили также, что если реакцию остановить раньше, то можно получить смесь оксида углерода (СО) и водорода, известную как синтетический газ, который, в свою очередь, можно преобразовать в дизельное топливо.

Евгений Биргер