Перовскитен минерал.

Ако съдържанието на CO2 в атмосферата не се увеличава повече, въглеродният диоксид трябва да се превърне в нещо друго. Тъй като обаче CO2 е много стабилна молекула, това може да стане само с помощта на специални катализатори. Основният проблем с такива катализатори досега беше липсата на стабилност – след определено време много материали губят своите каталитични свойства.

В Техническия университет на Виена се провеждат изследвания върху перовскитите (специален клас минерали), които досега са били използвани за соларни клетки, като анодни материали или електронни компоненти, но не и заради техните каталитични свойства. Сега обаче учените са успели да произведат специален перовскит, който е изключително подходящ като катализатор за превръщане на CO2 в други полезни вещества, като синтетични горива. Новият перовскитен катализатор е много стабилен, а също така и относително евтин, поради което би бил подходящ за промишлена употреба.

Как да затворим въглеродния цикъл

„Интересуваме се от така наречената реакция на обратна смяна на водата и газа“, казва проф. Кристоф Рамешан от Института по химия на материалите в ТУ Виена. „В този процес въглеродният диоксид и водородът се превръщат във вода и въглероден окис. След това можете да преработите въглеродния окис допълнително, например в метанол, други химически основни материали или дори в гориво.“

Тази реакция не е нова, но в действителност не е била прилагана в промишлен мащаб за оползотворяване на CO2. Провежда се при високи температури, което допринася за факта, че катализаторите бързо се разпадат. Това е особен проблем, когато става въпрос за скъпи материали, като тези, съдържащи редки метали.

Но Кристоф Рамешан и неговият екип проучиха как да приспособят материал от класа на перовскитите специално за тази реакция и най-накрая: „Изпробвахме няколко неща и накрая измислихме перовскит от кобалт, желязо, калций и неодим, който има отлични свойства“, заявява Рамешан.

Атоми, мигриращи през кристала

Поради своята кристална структура, перовскитът позволява на определени атоми да мигрират през него. Например, по време на катализа, кобалтовите атоми от вътрешната страна на материала се движат по повърхността и образуват там малки наночастици, които след това са особено химически активни. В същото време се образуват така наречените кислородни свободни места – позиции в кристала, където всъщност трябва да седи кислороден атом. Именно на тези свободни позиции молекулите на СО2 могат да се скачат особено добре, за да могат след това да се дисоциират в кислород и въглероден окис.

„Успяхме да покажем, че нашият перовскит е значително по-стабилен от другите катализатори“, казва Кристоф Рамешан. „Освен това той има предимството, че може да се регенерира: Ако неговата каталитична активност отслабне след определено време, можете просто да го възстановите в първоначалното му състояние с помощта на кислород и да продължите да го използвате.“

Първоначалните оценки показват, че катализаторът е и икономически обещаващ.
„Той е по-скъп от другите катализатори, но само с коефициент три и е много по-траен“, обяснява Рамешан. „Сега ще се опитаме да заменим неодима с нещо друго, което би могло да намали още повече разходите.“

Индустриалнен завод с вградено производство на гориво

Теоретично бихме могли да използваме такива технологии, за да изведем CO2 от атмосферата – но за да направим това, първо трябва да концентрираме въглеродния диоксид, а това изисква значително количество енергия. Следователно е по-ефективно първо да конвертираме CO2, когато се произвежда в големи количества, например в промишлени предприятия. 

„Можете просто да добавите допълнителен реактор към съществуващите инсталации, които в момента отделят много CO2, в които въглеродния диоксид първо се превръща в CO и след това се преработва допълнително“, казва Кристоф Рамешан. Освен че няма да навреди на климата, такова промишлено предприятие ще генерира и допълнителни ползи.

Референция: L. Lindenthal, J. Popovic, R. Rameshan, J. Huber, F. Schrenk, T. Ruh, A. Nenning, S. Löffler, A.K. Opitz, C. Rameshan. “Нови перовскитни катализатори за оползотворяване на СО2 – Подобрена разтворимост на обратната активност на изместване на водата и газа. Приложна катализа B: Околна среда, 2021”; 292: 120183 DOI: 10.1016 / j.apcatb.2021.120183

Източници: Vienna University of Technology, ScienceDaily
Превод: Радослав Тодоров

Тази статия е част от Специалния брой „Зелени технологии“

Направи дарение на училище!