Открыт эффективный способ преобразования окиси углерода в этанол

Сегодня почти весь топливный этанол (обычный спирт) производится из кукурузы или сахарного тростника, что требует огромных участков земли, поливочной воды и удобрений. Исследователи из Стэнфордского университета разработали электрохимический процесс, который может быть гораздо дешевле и лучше для окружающей среды.  Процесс позволяет наладить производство этанола из возобновляемых источников электроэнергии, что позволит сократить количество земли и необходимой для производства биотоплива воды.

Изображение: Мэттью Канан / Стэнфордский университет

Изображение: Мэттью Канан / Стэнфордский университет

Биотопливо, когда-то возвеличенное до планетарного спасителя и альтернативы нефти и газа, сегодня не совсем оправдывает надежды. Традиционное, серийное производство биотоплива из сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, имеет длинный перечень проблем, включая вопросы землепользования и вопросы утилизации отходов производственного цикла. Создание биоэтанола, как правило, очень энергоемко и трудоемко, связано со сбором и обработкой биомассы, брожением сахаров, находящихся в растительной массе. 

Если бы мы могли генерировать используемое топливо из более качественных источников, это могло бы стать путем решения множества энергетических и экологических проблем. Команда Стэнфордского университета сообщает, что у них есть новый способ производства этанола из оксида углерода (СО или угарный газ) газа с использованием металлического катализатора, изготовленного из нанокристаллов меди.

«Мы обнаружили первый металлический катализатор , который может производить значительные количества этанола из оксида углерода при комнатной температуре и давлении — крайне сложной электрохимической реакции», — сказал старший автор исследования и Стэнфордский профессор химии Мэттью Канан. Группа Канан улучшила этот процесс с помощью меди в нанокристаллической форме, произведенной из оксида меди. Этот новый материал резко повышает эффективность реакции.

Электролизер, который использует электрический ток для химической реакции, может сделать требуемую систему намного меньше, говорит Джоэл Розенталь, доцент в университете штата Делавэр. Это может позволить сделать производство этанола компактными и распределенным.

Работа все еще является экспериментальной, но она важна, потому что исследовательская группа  смогла синтезировать этанол и другие желаемые продукты с таким небольшим потреблением энергии. » Уровни активности на СО показанные здесь являются беспрецедентными, и это большой шаг на пути к реализации практической системы преобразования СО в этанол», — говорит Клиффорд Кубяка, профессор химии и биохимии в Университете Калифорнии, Сан-Диего.

Исследователи создали  топливный элемент, в котором через катод из новых медных нанокристаллов пропускают воду насыщенную CO; небольшое напряжение, приложенное к топливному элементу генерирует результирующий продукт — этанол. Эффективность выхода этанола составляет около 57 процентов, а это означает более половины тока, используемого в производстве послужит на создание этанола и ацетата. Стандартные частицы меди, при тех же условиях, производят почти исключительно  водород (эффективность около 96 процентов ) и очень малое количество этанола .

Вероятно, пройдет несколько лет, чтобы превратить эту работу на прототипах устройств в промышленные установки, которые могут производить значимые объемы топлива.  Долгосрочная стабильность оксида, экспериментального медного катализатора все еще под вопросом. Также пока трудно судить о возможных расходах, связанных с устройством, учитывая его еще лабораторный статус; тем не менее медь, не является особенно дорогим материалом, выступающем в роли катализатора.

Глобальная идея с новым катализатором, это питать топливный элемент от возобновляемых источников энергии, а не из ископаемых видов топлива; в идеале, можно было бы просто захватить углекислый газ из атмосферы и превратить его в спирт.

Исследователи предполагают двух этапный процесс, в котором углекислый газ (CO2) сначала преобразуется в окись углерода (CO) с использованием либо существующих процессов или более энергоэффективных,  в настоящее время находящихся в стадии разработки. Затем окись углерода будет преобразован в этанол или другие соединения на основе углерода электрохимически.

Можно, например, установить солнечную батарею на крыше и получать жидкое топливо, хранящаяся в резервуаре размером с водонагреватель. «Важное свойство химического топлива в целом, и жидкого топлива, в частности, в том, что у них намного более высокая плотность энергии, чем у обычных аккумуляторных батарей, так что вы можете хранить намного больше энергии в меньшем объеме», говорит Розенталь.

Стендфордская группа при производстве катализатора  начинает с металлического слоя меди, при нагревании его на воздухе, на поверхности образовывается слой оксида меди. После, поверхностный слой химически преобразуется обратно в металлическую медь. В результате, медь приобретает совершенно иную поверхность с более активной областью, действующей в качестве катализатора.

Пройдут годы , прежде чем мы узнаем, будут ли являться устройства на основе этой химии коммерчески выгодными. Но при совершенствовании технологии и обеспечении экономического стимула, она может послужить для удаления диоксида углерода из атмосферы.

Основано на материалах: www.technologyreview.com

Добавить комментарий


Почитать ещё по теме:


Топливные гранулы - пеллеты
Пеллетизируй это, или как сделать топливо для котла
Может трава стать новым видом биотоплива?

Template design by Joule Watt © 2014 Домашняя энергетика