Фото: Mike Hall
«Химики уже более ста лет пытаются найти способ дешево и эффективно производить метанол. Наша реакция использует для этой цели кислород, фактически бесплатный реагент, содержащийся в воздухе, а также перекись водорода. При этом она происходит при относительно низких температурах, что снижает расходы энергии на ее проведение», — рассказывает Грэм Хатчинс (Graham Hutchings) из Института катализа в Кардиффе (Великобритания).
В последние годы ученые активно пытаются найти способ превращения атмосферного СО2 в биотопливо и другие полезные вещества. К примеру, в июле прошлого года физики из Чикаго создали солнечную батарею, которая напрямую использует энергию света для расщепления СО2 и производства угарного газа и водорода, а в октябре их коллеги из Национальной лаборатории в Оак-Ридж создали катализатор, преобразующий углекислоту в этанол, «обычный» спирт.
Все эти катализаторы и системы «трансмутации» воздуха в спирт, как отмечает Хатчинс, могут помочь не только решить проблему обеспечения человечества полностью «зеленым» топливом, но и найти более дешевые источники сырья для химической промышленности.
Дело в том, что сегодня не существует дешевых и экологически чистых способов производства метанола, простейшего спирта, из биомассы или других «зеленых» видов сырья. Поэтому основным сырьем для метанола выступает не растительное сырье, а метан в составе природного газа. При синтезе спирта молекулы метана превращаются в так называемый «синтез-газ» — смесь водорода (Н2) и угарного газа (СО), соединение которых и является метанолом (СН3ОН).
Эта реакция проводится при очень высоких температурах и давлениях, и требует расхода огромного количества тепла и энергии, что делает производство метанола крайне опасным для окружающей среды. Тем не менее, отказаться от синтеза метанола человечество не может, так как он выступает исходным сырьем для производства тысяч других полезных веществ.
Хатчинс и его коллеги по институту сделали первый шаг к созданию более «зеленого» метода производства метанола, открыв катализатор, позволяющий напрямую превращать метан в метанол при почти комнатных температурах, используя лишь кислород из воздуха.
«Недавно мы выяснили, что смесь из наночастиц золота и порошка оксида титана может напрямую превращать газ в спирт. Теперь мы упростили набор химических реакций, происходящих в этом катализаторе, что позволило нам отказаться от оксида титана. Эффект от этого оказался потрясающим», — продолжает химик.
Катализатор, созданный командой Хатчинса, состоит из трех компонентов — золота, палладия и перекиси водорода. Они «коллективно» отрывают один из атомов водорода от молекул метана, сближающихся с наночастицами, и заставляют их соединяться с молекулами кислорода, которые ученые пропускали через раствор с катализатором.
Как отмечают ученые, данная реакция происходит уже при 50 градусах Цельсия и нормальном атмосферном давлении, и она производит только молекулы спирта и небольшое количество муравьиной кислоты и углекислого газа. Высокий КПД реакции — более 90% сырья превращается в спирт, а также низкий расход пероксида водорода, по мнению Хатчинса, позволят его детищу быстро найти свое место в промышленности и потеснить традиционные способы производства метанола.
Кроме того, подобный катализатор, как считает ученый, можно использовать для того, чтобы в прямом смысле производить спирт из воздуха. Сегодня все нефтедобывающие вышки сжигают и выбрасывают в воздух большие количества метана, который можно подобным образом перерабатывать в метанол, одновременно защищая Землю от одного из самых опасных парниковых газов и делая добычу нефти более выгодной и «экономичной».
