Международная исследовательская группа создала новый катализатор, который можно эффективно использовать для производства недорогого и экологически чистого метанола из водорода и углекислого газа.
Ученые из Стэнфорда, Стэнфордской национальной лаборатории имени Энрико Ферми и Датского технического университета совместно разработали новый никель-галлиевый катализатор, который можно использовать для производства чистого метанола — ключевого компонента для производства пластмасс, растворителей, клея, а также альтернативы топливу. Этот новый катализатор преобразует углекислый газ в метанол с меньшим количеством побочных продуктов по сравнению с обычным катализатором.
«Метанол производится на огромных заводах при очень высоком давлении с использованием водорода, углекислого газа и угарного газа из природного газа, — рассказал ведущий автор исследования Феликс Студт, научный сотрудник SLAC, в пресс-релизе. — Мы ищем материалы, которые позволят получать метанол из экологически чистых источников, таких как солнечный свет, при низком давлении и с низким содержанием угарного газа».
Главной целью ученых была разработка крупномасштабного производственного процесса, не загрязняющего окружающую среду и не влияющего на выбросы углекислого газа, с использованием только чистого водорода.
Ежегодно производится около 65 миллионов тонн метанола для использования в производстве красок, биотоплива, клея и многого другого. Ученые три года изучали синтез метанола и промышленный процесс его производства. Они обнаружили активные центры в медно-цинковых и алюминиевых катализаторах, которые участвуют в синтезе метанола.
Изначально исследователи искали новый катализатор, способный синтезировать метанол при крайне низком давлении с использованием только водорода и углекислого газа. Они искали этот катализатор в компьютерной базе данных.
Медно-цинково-алюминиевый катализатор сравнили с более чем тысячей других материалов из базы данных, и в ходе этого процесса был обнаружен никель-галлия.
Чтобы протестировать эти соединения, исследователи обратились в Датский технический университет. Позднее из этих двух соединений был синтезирован твердый катализатор. Был проведен ряд тестов, чтобы выяснить, способен ли новый катализатор производить метанол при комнатной температуре.
Проведенное в лаборатории тестирование подтвердило, что никель-галлиевый катализатор — идеальный вариант. Ученые заметили, что никель-галлиевый катализатор при высокой температуре вырабатывает больше метанола по сравнению с традиционным медно-цинково-алюминиевым катализатором. Кроме того, он выделяет меньше угарного газа в качестве побочного продукта.
«Вам нужен метанол, а не монооксид углерода, — сказал Чоркендорф, соавтор научной статьи. — Кроме того, вам нужен стабильный катализатор, который не разлагается. Лабораторные испытания показали, что никель-галлиевый сплав на самом деле является очень стабильным твердым веществом. Мы бы хотели сделать катализатор чуть более чистым». Если в нем содержится всего несколько наночастиц чистого никеля, производительность значительно снижается, потому что чистый никель плохо подходит для синтеза метанола. На самом деле при его использовании образуются всевозможные химические побочные продукты, которые вам не нужны.
Команда ученых надеется, что этот новый катализатор можно будет использовать в промышленности.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.