Ученые ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» разработали катализатор, который можно применять при синтезе водородного топлива, которое не вредит окружающей среде в отличие от ископаемых горючих из нефти, угля и сланца. Придуманный химиками катализатор почти не дезактивируется в процессе получения водорода, поэтому способен работать дольше, чем мировые аналоги.

Результаты исследования опубликованы в журналах «Nanomaterials» и «Energies».

Вместо сжигания нефти и газа, можно развивать альтернативную энергетику — водородную. Водород для ее развития можно получить из смеси H₂ и СО — синтез-газа. Он в свою очередь образуется при взаимодействии метана или этанола с углекислым газом, то есть путём углекислотной конверсии.

«В процессе превращения метана и этанола в синтез-газ есть проблема коксообразования — появления углерода на поверхности катализатора. После использования катализатор покрывается слоем углеродных отложений, из-за чего теряет активность и в итоге перестает работать. Эта проблема решается путём применения катализаторов на основе оксидов с высокой подвижностью кислорода — они способны эффективно газифицировать предшественники кокса на поверхности», — рассказывает научный сотрудник Лаборатории катализаторов глубокого окисления ИК СО РАН кандидат химических наук Михаил Николаевич Симонов.

Ученые разработали и создали новый катализатор на основе оксидов церия-циркония, дополнив их катионами титана, ниобия и металлическим никелем.

Этот катализатор химики приготовили двумя способами. Первый, который применяют традиционно — метод Пекини. Специалисты растворяют соли металлов в смеси спирта с лимонной кислотой, а затем эту смесь нагревают. Получившийся полимерный гель вспыхивает и сгорает. В итоге остаются порошки сложных оксидов, которые исследователи пропитывают солями никеля. На создание катализатора этим методом уходит два дня, а с помощью иного, более нового способа его получения, который развивают ученые Института катализа СО РАН, — полчаса (без учета стадии сушки и прокаливания).

Согласно новой методике, химики синтезируют оксид в сверхкритической среде, то есть при повышенных давлении и температуре, когда состояние вещества напоминает нечто среднее между жидкостью и газом. Учёные растворяют соли металлов в спиртах и пропускают эту смесь сквозь колонну, нагретую до 400^о С под высоким давлением. В этих условиях частицы оксида формируются примерно за минуту, поэтому синтез катализатора ускоряется.

«Наши разработки могут быть использованы на производствах и перспективны для территорий, обладающих крупными источниками топлива. Например, в Бразилии много этанола, поэтому в этой стране удобно заниматься водородной энергетикой. Сейчас наше сотрудничество с бразильскими коллегами эпизодическое и наши результаты не внедрены в промышленность. Кроме того, с помощью наших разработок можно утилизировать метан, который в России попросту сжигают на месторождениях. Также, так как при углекислотной конверсии поглощается большое количество парниковых газов, наши разработки могут помочь экологии», — говорит Михаил Симонов.

Исследование профинансировано Российским научным фондом.

Авторы: студентки отделения журналистики ГИ НГУ Вероника Болонева, Лиза Романова