Углекислый газ как сырье для получения топлива

Проблема глобального потепления на Земле с каждым годом встает перед человеком все острее и острее. Причина, в общем-то понятна — чрезмерные выбросы в земную атмосферу парниковых газов. Наибольший «вклад» в развитие парникового эффекта вносит углекислый газ, уступающий по своим «парниковым» вкладам только водяному пару.

Конечно, ни для кого не секрет, что львиную долю углекислоты в атмосфере выбрасывает сам человек, однако и о природных источниках эмиссии углекислого газа забывать не стоит. Но, для самих процессов глобального потепления не имеет никакого значения природа парниковых выбросов, поэтому работать надо не только над снижением антропогенных выбросов, но и над утилизацией углекислоты.

Вся проблема утилизации углекислого газа заключается в том, что его молекулы обладают достаточно низкой химической активностью, поэтому, для того, чтобы заставить их вступать в химические реакции с другими веществами, следует затратить много энергии, что невыгодно с экономической точки зрения. Поэтому, до настоящего времени ученые работали только над проектами долговременного изъятия излишков углекислого газа из природного круговорота и их утилизации где-нибудь в глубинах Мирового океана, или почве и лесах.

А вот группа американских химиков из Стэнфордского университета, возглавляемая профессором Мэтью Кэнаном (Matthew Kanan), предложила свое оригинальное решение проблемы. Технология американцев открывает совершенно новые перспективы перед экологами, климатологами и энергетиками, позволяя не только превратить вредные выбросы СО2 в полезное и ценное, но и облегчает переход от традиционной углеводородной энергетики к энергетике зеленой.

Основная проблема «зеленой» энергетики заключается в ее относительном непостоянстве. Действительно, Солнце светит не все время и не всегда достаточно ярок, ветер дует не всегда, и не так сильно, как хотелось бы и проч. Кэнан с коллегами создали систему, в которой солнечная энергия или энергия ветра используются для поддержания электрохимического процесса превращения углекислого газа как исходного сырья в жидкое топливо, или, проще говоря, в спирт.

Источником сырья для разработанной технологии является углекислый газ, в избытке содержащийся в атмосфере нашей планеты. Таким образом, американцы сразу «убивают двух зайцев» - снижают концентрацию углекислоты, уменьшая парниковый эффект, и получают экологически чистое топливо.

Вся «фишка» заключается в изобретении специального катализатора, состоящего из наночастиц меди (нанокристаллов). По традиционной технологии наночастицы получаются при осаждении металла из термически разлагаемой газовой фазы, образуя неупорядоченную структуру. Кэнан с коллегами пошли другим путем. За основу американские химики взяли электрод из твердого оксида меди, а затем путем его химического восстановления было получено строго упорядоченное покрытие из медных нанокристаллов.

Технически электролизная ячейка представляет собой сосуд с водой, которая постоянно насыщается окисью углерода. Если в сосуд опустить стандартные электроды и подать на них напряжение, начнется разложение воды, на аноде будет собираться кислород, на катоде - водород. Но использование катода из нанокристаллов меди позволило вместо восстановления воды до водорода добиться восстановления окиси углерода до этанола.

Проведенные опыты показали, что эффективность изобретенного электролиза составила 57%, что на порядок выше показателя, который достигается при использовании обычных медных катализаторов.

Ученые признают, что сами пока до конца не понимают всех тонкостей химического процесса, но полагают, что за их изобретением стоят большие перспективы.