Ученые ФИЦ Институт катализа СО РАН при поддержке Российского научного фонда разработали не имеющий аналогов катализатор для получения водородсодержащего газа из дизельного топлива. Эта технология позволит эффективно преобразовывать химическую энергию моторного топлива в электроэнергию с использованием электрохимических генераторов.

Как рассказал младший научный сотрудник Института катализа СО РАН Владислав Шилов, на рынке до сих пор отсутствует коммерчески доступный продукт — катализатор конверсии дизельного топлива и, соответственно, топливный процессор, который бы позволял получать водородсодержащий газ для питания топливных элементов.

В рамках проекта Российского научного фонда «Разработка структурированного катализатора и фундаментальных основ проведения окислительной конверсии дизельного топлива в синтез-газ для использования в энергоустановках на основе топливных элементов» ученые разработали композитный родий-содержащий катализатор.

Активный компонент катализатора устойчив к спеканию при высоких (около 900°С) температурах. В качестве структурированной подложки используется фехралевая сетка (сплав FeCrAl), на которую наносят оксид алюминия. Игольчатая структура кристаллов оксида алюминия, химически связанных с металлической подложкой, увеличивает адгезионные свойства поверхности и обеспечивает механическую прочность вторичного каталитического слоя. Затем на поверхность наносят смешанный оксид церия и циркония, который участвует в активации молекул воды и кислорода и повышает устойчивость к зауглероживанию. Конечный этап синтеза — нанесение наночастиц родия размером 1–2 нанометра, которые отвечают за активацию молекул углеводородов.

«Катализатор, который мы получили, устойчив к спеканию и зауглероживанию. Мы уже протестировали его в условиях конверсии коммерческого дизельного топлива. Он показал очень высокую активность и не терял ее после 200 часов работы», — пояснил Владислав Шилов.

По словам молодого ученого, трудности в создании катализатора вызваны многокомпонентностью дизельного топлива — оно состоит из нескольких сотен индивидуальных веществ, которые относятся к разным классам органических соединений и имеют различную реакционную способность. Сложностью также является и выбор оптимальных реакционных условий, в которых отсутствует зауглероживание катализатора вследствие протекания нежелательных побочных процессов. Это приводит к необходимости проведения конверсии в достаточно узком интервале температур и реакционных условий.

«В топливном процессоре, который мы сейчас разрабатываем, осуществляется каталитическая реакция паровоздушной конверсии дизельного топлива в синтез-газ, который служит топливом для питания твердооксидных топливных элементов. Достоинством технологии получения электроэнергии из дизельного топлива в электрохимических генераторах на основе топливных элементов является высокий КПД — от 35% до 65%, что в несколько раз превышает КПД дизельных или бензиновых генераторов малой мощности. Также к преимуществам относятся экологическая безопасность, бесшумность работы, отсутствие движущихся частей, из-за чего установки не требуют обслуживания в течение долгого времени», — рассказал Владислав Шилов.

Топливный процессор требует разработки не только катализатора, но и решения различных инженерных задач. Эти задачи связаны с оптимизацией подачи реагентов, их смешения и конструкции реактора в целом.