Углеродные катализаторы из CO₂ могут стать основой для устойчивой энергетики

Ученые предлагают использовать выбросы углекислого газа для создания углеродных катализаторов, которые помогут декарбонизировать промышленность и создать циклическую углеродную экономику.

Схема циклической углеродной экономики. Преобразование выбросов углерода в углеродные катализаторы для устойчивой энергетики и зеленой химии. Автор: ARC Centre of Excellence for Carbon Science and Innovation

Исследователи из Центра передового опыта в области углеродной науки и инноваций (COECSI) утверждают, что преобразование CO₂ в высокоценные катализаторы — более практичный подход, чем простое хранение углерода. Эти катализаторы затем можно использовать для превращения CO₂ или углеродных отходов в топливо и химикаты.

«Достижение этого продвинет климатические цели, инновации в материалах и внесет вклад в циклическую углеродную экономику», — говорит директор COECSI профессор Лиминг Дай.

Что делает углерод хорошим катализатором

Углерод прочен, электропроводен и стабилен в жестких условиях электрокаталитических ячеек, но сам по себе не обладает каталитической активностью. Ученые разработали методы создания каталитически активных центров в углероде с помощью гетероатомного легирования, молекулярной адсорбции и инженерии дефектов.

Каталитическое происхождение углеродных катализаторов: (A) Гетероатомное легирование. (B) Молекулярная адсорбция. (C) Инженерия дефектов. (D) Архитектура субстрата

CO₂ как источник углерода

Различные процессы позволяют каталитически преобразовывать CO₂ в углеродные наноструктуры: графен, наночастицы, нанолуковицы и углеродные нанотрубки. Один из методов с использованием магния производит мезопористые углеродные кубы, которые показали себя как перспективная альтернатива коммерческим платиново-углеродным катализаторам в топливных элементах.

Экономика и перспективы

«Поскольку рыночная цена углеродных нанотрубок в настоящее время превышает $100 000 за тонну (~8 млн рублей), мы определили экономически привлекательные методы преобразования CO₂ в углеродные катализаторы как альтернативу дорогим катализаторам из благородных металлов», — говорит ведущий автор профессор Чжэньхай Ся.

Дополнительная ценность будет реализована с экономическим производством многокомпонентных продуктов, таких как синтетическое топливо и промышленные химикаты, включая этилен.

Несмотря на проблемы с масштабируемостью и эффективностью, углеродные материалы, полученные из CO₂, предлагают явные преимущества перед производимыми из ископаемого сырья, помогая замкнуть углеродный цикл.