Впервые учёные показали, что углекислый газ CO2, полученный из атмосферного воздуха, может быть превращён в метанол (CH3OH) в течение одной реакции с помощью гомогенного катализатора. При этом выходит двойная польза: из атмосферы удаляется вредный для экологии CO2, а метанол можно использовать как топливо вместо бензина. Это достижение — большой шаг вперёд, который может привести нас однажды к «экономике метанола», когда в роли топлива и аккумулятора энергии используется главным образом метанол.
Исследованием руководили два сотрудника Университета Южной Калифорнии: профессор химии Г. К. Сурья Пракаш и Нобелевский лауреат заслуженный профессор Джордж Э. О́лах. Учёные опубликовали статью на тему превращения CO2 в метанол в недавнем выпуске Журнала Американского химического общества.
«Непосредственное получение CO2 из воздуха и прямое превращение в метанол с помощью молекулярного водорода, к тому же с прохождением всех стадий реакции в одном и том же сосуде, — этого ещё никому не удавалось достичь», — сообщил Пракаш сайту Phys.org.
Последние несколько лет химики изучали способы переработки CO2 в какие-либо полезные вещества. Например, при воздействии газообразного водорода (H2) на CO2 можно получить метанол, метан (CH4) или муравьиную кислоту (HCOOH). Среди этих веществ наиболее интересен метанол, так как его можно использовать в качестве альтернативного топлива, в топливных элементах или для хранения водорода.
В настоящее время химическая промышленность производит ежегодно более 70 млн. тонн метанола, поскольку это простое соединение служит компонентом для многих более сложных, включая такие наиболее востребованные органические соединения, как этилен и пропилен. Последние, в свою очередь, используются для производства пластмасс и других продуктов.
Самое важное в превращении CO2 в метанол — это оптимальный гомогенный катализатор, который крайне необходим для ускорения химических реакций, чтобы производить метанол в промышленных масштабах. Проблема в том, что для этих реакций необходима высокая температура (около 150 °C), которая, к несчастью, приводит к распаду катализатора.
В результате недавнего исследования учёные создали устойчивый к высоким температурам катализатор на основе металла рутения. Благодаря хорошей устойчивости катализатор можно использовать снова и снова в ходе непрерывного производства метанола.
«Найти устойчивый гомогенный катализатор для восстановления CO2 до метанола — это очень сложная задача, — поделился Пракаш. — Большинство существующих катализаторов действуют только до стадии получения муравьиной кислоты. Более того, нам нужно было найти катализатор для восстановления карбаматов или гидрокарбонатов алкиламмония непосредственно до метанола. Мы смогли решить обе проблемы благодаря новому катализатору».
Исследователи показали, что, применив этот катализатор (вместе с несколькими другими соединениями), можно превратить в метанол до 79 % CO2, полученного из воздуха. Метанол выходит смешанным с водой, но это легко исправить с помощью дистилляции.
Говоря о перспективах, авторы надеются, что их разработки поспособствуют в будущем экономике метанола. Эта экономика предполагает наладку «антропогенного углеродного цикла» для участия в переработке углерода вместе с природным циклом. Между атмосферой, океаном и живыми организмами непрерывно происходит перенос углерода, идёт его переработка и повторное использование. Но природа не успевает перерабатывать углерод, появляющийся от сжигания ископаемого топлива. Люди могут нейтрализовать часть выработанного ими CO2, преобразовав обратно в источник энергии, например в метанол.
Подробнее об антропогенном углеродном цикле можно прочитать в статье «Антропогенный химический углеродный цикл для сохранения устойчивости окружающей среды в будущем» в Журнале Американского химического общества, авторы — О́лах, Пракаш и Алан Гёпперт.
В планах учёных — понизить рабочую температуру катализатора и увеличить его эффективность.
«Мы продолжим исследования, чтобы найти более надёжный катализатор, способный работать при 100—120 °C, — сообщил Пракаш. — Мы хотим разработать более практичные и эффективные способы получения веществ, чтобы не было потерь растворителя и реагентов».
Источник: http://gearmix.ru/archives/25983