Магия металла превращает углекислый газ в полезные вещи

8 июня 2018



Обнаружено практически волшебное свойство металла, которое может стать панацеей для Земли. Многоцветный металл, известный как висмут, может помочь уменьшить уровень углекислого газа в атмосфере, предоставив возможность превратить его в источник экологически чистого топлива.

Это висмут. Исследователи UD идентифицировали уникальную способность металла, называемую «каталитической пластичностью», которую можно использовать для преобразования двуокиси углерода в жидкое топливо и промышленные химикаты.

Кусок металла, лежащий на столе в офисе Джоэля Розенталя в Университете штата Делавэр, выглядит так, будто он должен принадлежать карману волшебника. Блестящее серебро с розовыми разводами и золотыми брызгами... Металл называется висмутом, и в настоящее время он используется для производства многих продуктов, начиная от пуль для дробовиков и заканчивая косметикой и антацидами, включая Pepto-Bismol (висмута субсалицилат).

Но исследования профессора Розенталя расширяют репертуар висмута — он нашел в этом металле то, что это может помочь снизить уровни углекислого газа в атмосфере и обеспечить население топливом. Розенталь и его команда в отделе химии и биохимии Университета штата Делавэр обнаружили, что висмут обладает необычным свойством, которое может быть использовано для помощи окружающей среде — в качестве химической «искры», или катализатора конверсии углекислого газа (СО2) — парникового газа, в жидкое топливо и промышленные химикаты. Полученные результаты представлены в «ACS Catalysis», журнале, издаваемом Американским химическим обществом. Команда Розенталя также подала патент на эту работу. Розенталь относится к специфической способности висмута как к «каталитической пластичности». Когда электрический ток применяется к пленке висмута в ванне с солевым раствором, содержащей имидазольные ионы и ионы амидиния, он и его команда могут «включить» химическую реакцию, превращающую двуокись углерода в жидкое топливо, такое как бензин. Или в муравьиную кислоту — ценный химикат, применяющийся во многих производственных процессах: от консервирования продуктов питания людей и кормов для скота, до производства резины и кожи, искусственных ароматизаторов и парфюмерии.

Традиционно химикам было необходимо создавать новый катализатор для продвижения каждой химической реакции, которую они изучали, от стадии А до Б, от Б до В и т. д., говорит Розенталь, что делает такой подход — использование одного катализатора, который можно адаптировать или настраивать на эффективное продвижение нескольких типов реакций — особенно новаторским. «Мы работаем над тем, чтобы раздвинуть рамки этой идеи, — сказал Розенталь. «Наши новые результаты важны с технологической точки зрения — мы считаем, что эта платформа позволит получить возобновляемый источник энергии, такой, какими являются солнечная энергия и ветер, получаемый прямым производством жидких топлив. Но что более важно, мы считаем, что эта концепция „каталитической пластичности “ сигнализирует о возможном революционной смене парадигмы в данной области, появлении нового способа думать о преобразовании возобновляемых источников энергии, производстве топлива и катализа в целом».
Розенталь и его команда ранее показали, что пленки висмута могут использоваться в сочетании с некоторыми жидкими солями в качестве недорогих катализаторов для конверсии углекислого газа и возобновляемой энергии в газообразные виды топлива, такие как монооксид углерода. В нынешнем исследовании они обнаружили, что они могут использовать одни и те же материалы в присутствии различных солей для конверсии углекислого газа уже непосредственно в жидкое топливо. «Я был очарован областью катализа в течение длительного времени. Размышляя о возможности превратить что-то дешевое и обильное во что-то гораздо более полезное и ценное, не затрачивая лишней энергии, всегда захватывало мое воображение. Существуют философские параллели между катализом и целями древних алхимиков. Алхимия — это громкое слово, но в некотором смысле то, что мы изучаем, подобно современной алхимии — эффективное преобразование углекислого газа в более ценное топливо и химические вещества сродни попытке превратить свинец в золото», — сказал Розенталь.

Какое влияние могут оказать технологии Розенталя на нынешние уровни углекислого газа? «Трудно прогнозировать уровень непосредственного воздействия на эти уровни», — сказал он. «Эта технология позволит нам производить жидкое топливо с использованием возобновляемой электроэнергии из солнечного света и ветра, что, в свою очередь, уменьшит нашу потребность в обычных нефтяных ресурсах, что приведет к меньшему количеству выбросов двуокиси углерода». Метеорологическое оборудование Гавайской обсерватории Мауна-Лоа в апреле этого года показало, что уровень углекислого газа в атмосфере Земли достиг своего наивысшего значения, начиная с того времени, когда люди начали его контролировать. Его уровень в течение всего месяца был более 410 миллионных долей, или 410 ppm (от англ. parts per million, 1 ppm = 0,001 ‰ = 0,0001 % = 0,000 001 = 10−6). Розенталь работает над проблемой почти восьми лет и продолжает идти дальше. «Нахождение химикатов для смягчения выбросов углекислого газа и атмосферных уровней важно для меня», — сказал он.