Ученые из Техасского университета в Арлингтоне сумели получить топливо из тяжелых углеводородов с использованием энергии света. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ученые смогли добиться фотохимического синтеза углеводородов с длинными углеродными цепочками — вплоть до 13 атомов углерода. В основе метода лежал процесс Фишера-Тропша, в котором оксид углерода и водород в присутствии катализатора преобразуются в жидкие углеводороды. Ранее таким способом получали соединения преимущественно только с одним атомом углерода. Чтобы получить более тяжелые углеводороды, исследователи решили изменить такие условия проведения реакции, как температура и давление.

Реакции проводились в фотохимическом реакторе, который представлял собой прозрачную трубку с наполнителем из крошечных стеклянных шариков. Ученые покрывали шарики тонким слоем фотокаталитической смеси из TiO₂ и пятипроцентного Co(NO₃)₂. Затем через трубку пропускали пар и углекислый газ, при этом реактор освещали четыре ультрафиолетовые лампы мощностью в 250 Ватт.  После проведения реакции газовая смесь пропускалась через конденсатор, где происходила экстракция продуктов. Ученые анализировали их с помощью газовой хроматографии и масс-спектрометрии.

Результаты показали, что при температуре 110–200 градусов Цельсия происходило образование двух- и трехуглеродных продуктов. При этом уменьшение отношения парциальных давлений воды и углекислого газа с 1,2 до 0,6 в 14 раз увеличило выход пропанола (C₃H₇OH), а также привело к появлению в газовой смеси пентанола (C₅H₁₁OH). Так как система не была предназначена для температур выше 220 градусов Цельсия, ученые проверили, каким окажется выход продуктов при увеличении давления до 6,1 атмосфер. Этим исследователи смогли добиться синтеза таких тяжелых углеводородов, как C₉H₁₂, C₁₀H₂₀O₂ и C₁₃H₁2. В целом, свыше 13 процентов всех продуктов составляли соединения с цепочкой из более чем пяти атомов углерода.

Ученые подчеркивают, что в настоящее время их метод является экономически нецелесообразным, однако в будущем он может стать перспективной технологией фотохимического получения синтетического топлива, которая будет недорогой по сравнению с существующими технологиями извлечения солнечной энергии.

Синтетическое топливо представляет собой углеводородное топливо, которое получают через переработку такого исходного материала, как, например, уголь, сланец или опилки. При этом такие спирты, как этанол, могут применяться в двигателях внутреннего сгорания, в том числе ракетных двигателях. Одной из стран, широко использующих синтетическое топливо, является Бразилия, которая обеспечивает 40 процентов своих нужд в топливе за счет спирта, производимого из сахарного тростника.

Александр Еникеев