Учёные разработали катализатор для CO₂-нейтрального производства водорода и формиата из отходов

Электролизная ячейка, используемая для получения формиата из глицерина. Автор: Тобиас Риос-Штудер

Исследователи из Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце (JGU) разработали метод, позволяющий получать ценные сырьевые материалы — формиат и водород — из отходов производства, а именно глицерина. Формиаты — это соли муравьиной кислоты, широко используемые в химической промышленности, а водород может служить, например, энергоносителем для транспортных средств.

Новый метод может работать на возобновляемой электроэнергии и не производит CO₂. Результаты исследования недавно были опубликованы командой в журнале Advanced Energy Materials.

Профессор Карстен Штреб из химического факультета JGU, курировавший исследование, заявил:

«Разработанный нами подход может внести значительный вклад в электрификацию химической промышленности. Это важный драйвер для крупных коммерческих разработок, направленных на сокращение промышленных выбросов CO₂. Процессы, которые в настоящее время требуют значительного количества нефти или природного газа, в будущем могут работать на возобновляемой электроэнергии».

CO₂-нейтральное производство формиата

Новый процесс основан на установленном методе электролиза воды, при котором с помощью электричества вода расщепляется на водород и кислород. Используя так называемый гибридный электролиз, исследователи в качестве исходного материала, помимо воды, использовали глицерин; последний в больших количествах образуется как побочный продукт производства биодизеля. Таким образом, вторым продуктом, генерируемым в процессе электролиза, стал соответствующий формиат, а не кислород.

Формиаты обычно производятся из нефти, и соответствующий процесс связан с выбросом больших количеств CO₂. Штреб добавил:

«С другой стороны, электрохимическое получение формиатов из глицерина является CO₂-нейтральным, если оно осуществляется с использованием «зелёной» электроэнергии».

С химической точки зрения, исследователям с помощью электролиза глицерина удалось расщепить глицерин, имеющий трёхатомный углеродный остов, с образованием формиата, содержащего всего один атом углерода.

Разработан новый катализатор

Новый процесс основан на инновационном катализаторе, разработанном исследователями. На молекулярном уровне катализатор объединяет в непосредственной близости два металла — медь и палладий. Штреб пояснил:

«Нам не только удалось создать этот катализатор, но мы уже имеем очень хорошее представление о том, что делает этот материал и как мы можем оптимизировать его работу».

В дальнейшем команда под руководством Штреба планирует исследовать, можно ли заменить дорогой драгоценный металл палладий в катализаторе на более распространённые и доступные металлы. Команда также нацелена на разработку нового метода преобразования формиата в метанол — спрос на метанол существенно выше, чем на формиат. Это может оказаться возможным путём внедрения второго процесса восстановительного электролиза.

Источник: Университет имени Иоганна Гутенберга в Майнце