Eдин от основните проблеми, за който все по-често се говори, е глобалното затопляне, което (може би) се причинява от натрупващото се количество въглероден диоксид в атмосферата. Този проблем подхранва и изцяло нова зелена индустрия, която произвежда значително по-скъпи източници на електроенергия, а и модерни нови електромобили. Но какво ще стане, ако този въглероден диоксид успеем да превърнем отново в използваемо гориво? Вероятно самата “еко“ философия би била излишна поне в сферата на енергетиката.
Превръщането на въглеродния диоксид до дълговерижни въглеводороди е ключов процес за създаване на възобновяеми горива. Преди седмици две независими една от друга научни групи от Китай съобщиха, че са създали катализатори, които могат да превръщат въглеродния диоксид до бензин, който е изграден от въглеводороди с дължина на веригата от 5 до 11 въглеродни атома.
HZSM-5
До момента съществуват различни процеси, които превръщат диоксида до въглеводороди, но продуктите най-често се ограничават до летливи съединения с един въглероден атом (C1 съединения) като метан и метанол. Създаването на въглерод-въглеродни връзки при дълговерижни съединения е трудно начинание. Наскоро бе доказано, че зеолити могат да катализират конверсията на метанол до бензин при високи температури.
Зеолитите са голяма група минерали, които представляват водни алумосиликати. Характеризират се със способността си да отдават и отново да поглъщат т.нар. зеолитова вода, в зависимост от температурата и влажността на околната среда. Друго важно тяхно свойство е подчертаната им способност за йонен обмен, позволявайки им селективно да отделят и отново да приемат молекулите и йоните на различни вещества, в зависимост от тяхната големина. Каналите в структурата на различните зеолитови минерали са с различни форми и размери и могат да пропускат едни и да задържат други градивни частици. Това основно свойство превръща зеолитите в природни молекулни сита.
Една научна група от Шанхай е създала бифункционален катализатор чрез комбиниране на частично редуциран индиев оксид, който катализира образуването на метанол от въглероден диоксид и водород, със зеолит HZSM-5, който конвертира метанола до дълговерижни въглеводороди (1). Първият катализаор, който се изпозлва в индустрията е смесица от меден и цинков оксид, които са прикрепени за алуминиева матрица. Вторият катализатор, зеолит, конертира получения метанол до горива с ефективност от 97%.
Втората научна група от Dalian Institute for Chemical Physics използва зеолит HZSM-5 в комбинация с магнетит (Fe3O4) (2). Учените от първия институт са постигнали 13% конверсия на CO2 до дълговерижни въглеводороди, а втората група 22%. И двете групи докладват, че минимум 78% от въглеводородите са изградени от минимум 5 въглеродния атома. Ако по време на реакцията се премахват известни количества от получения метанол, това би довело до изместване на реакцията в посока синтез на нови количества от алкохола, което означава, че процесът може да бъде непрекъснат.
Все още човечеството се намира в ранен етап и трябва да реши един основен проблем – как евтино да получава нови количества водород. Но този проблем без съмнение ще бъде решен в близкото бъдеще.
Научни проучвания:
1. P Gao et al, Nat. Chem., 2017, DOI: 10.1038/nchem.2794
2. J Wei et al, Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/ncomms15174
