Прорыв в материаловедении: новый способ преобразования углекислого газа в экологически чистое топливо

Новая технология позволяет преобразовать парниковые газы, вызывающие потепление на планете, в экологически чистое топливо.

Группа специалистов по материаловедению во главе с учёным Шань Гао из Национальной лаборатории естественных наук Китая получила новый материал, который преобразовывает углекислый газ в полностью сгорающее экологически чистое топливо под названием формиат. Они использовали процесс электролитического восстановления с небольшим потреблением электроэнергии. Новый материал представляет собой многослойный сплав толщиной в четыре атома из металлического кобальта и молекул оксида кобальта. Результаты исследования представлены в журнале Nature.

«Это настоящий прорыв фундаментальной науки, — говорит инженер-химик из Калифорнийского технологического института Картиш Мантирам, который также занимается изучением электровосстановления углекислого газа. – Конечно, потребуется много времени на создание устройства, пригодного для успешного коммерческого использования. Но даже на данном этапе развития по всем показателям эта технология выглядит очень перспективной».

В течение многих десятилетий, говорит Мантирам, учёные работали над созданием различных материалов, способных с помощью электроэнергии катализировать углекислый газ в различные виды топлива. Но все эти разработки сталкивались с одними и теми же проблемами, не позволявшими технологии выйти из стен лаборатории.

«Одним из препятствий было то, что мы называем «перенапряжением» — сколько дополнительной энергии нужно потратить, чтобы запустить процесс, — говорит он.  – Обычно все стремятся снизить насколько возможно эти энергетические затраты. Но когда снижали перенапряжение, то оказалось, что реакция преобразования CO2 в формиат значительно замедлялась». В отличие от этого, говорит учёный, новый материал при низком перенапряжении обеспечивает высокую производительность и стабильность процесса получения формиата. «Это очень сложная задача найти материал, который удовлетворяет всем этим трём ограничениям», — говорит он.

На молекулярном уровне новый материал работает следующим образом: под воздействием электрического импульса он начинает взаимодействовать с проходящими через него молекулами СО2. Атом водорода (который имеет один электрон и один протон) прикрепляется к атому углерода в молекуле СО2. Когда это происходит, лишний электрон попадает в один из атомов кислорода в молекуле двуокиси углерода. Благодаря этому — СО2 становится CHOO или формиатом.