Відкрито ефективний спосіб перетворення окису вуглецю в етанол, Інженерний Дім
Сьогодні майже весь паливний етанол (звичайний спирт) виробляється з кукурудзи або цукрової тростини, що потребує величезних ділянок землі, поливальної води та добрив. Дослідники зі Стенфордського університету розробили електрохімічний процес, який може бути набагато дешевшим і кращим для навколишнього середовища. Процес дозволяє налагодити виробництво етанолу із відновлюваних джерел електроенергії, що дозволить скоротити кількість землі та необхідної для виробництва біопалива води.
Зображення: Меттью Канан / Стенфордський університет
Біопаливо, колись звеличене до планетарного рятівника та альтернативи нафті та газу, сьогодні не зовсім виправдовує надії. Традиційне, серійне виробництво біопалива з сільськогосподарських культур, таких як кукурудза має довгий перелік проблем, включаючи питання землекористування та питання утилізації відходів виробничого циклу. Створення біоетанолу, як правило, дуже енергоємне і трудомістке, пов'язане зі збиранням та обробкою біомаси, бродінням цукрів, що знаходяться в рослинній масі.
Якби ми могли генерувати паливо, що використовується з більш якісних джерел, це могло б стати шляхом вирішення безлічі енергетичних та екологічних проблем. Команда Стенфордського університету повідомляє, що вони мають новий спосіб виробництва етанолу з оксиду вуглецю (СО або чадний газ) газу з використанням металевого каталізатора, виготовленого з нанокристалів міді.
Електролізер, який використовує електричний струм для хімічної реакції, може зробити необхідну систему набагато меншою, каже Джоел Розенталь, доцент в університеті штату Делавер. Це може дозволити зробитивиробництво етанолу компактними та розподіленими.
Робота все ще є експериментальною, але вона важлива, тому що дослідницька група спромоглася синтезувати етанол та інші бажані продукти з таким невеликим споживанням енергії. "Рівні активності на СО показані тут є безпрецедентними, і це великий крок на шляху реалізації практичної системи перетворення СО в етанол", - говорить Кліффорд Кубяка, професор хімії та біохімії в Університеті Каліфорнії, Сан-Дієго.
Дослідники створили паливний елемент, в якому через катод з нових мідних нанокристалів пропускають насичену воду CO; невелика напруга, прикладена до паливного елемента, генерує результуючий продукт - етанол. Ефективність виходу етанолу становить близько 57 відсотків, а це означає більше половини струму, що використовується у виробництві, послужить на створення етанолу та ацетату. Стандартні частинки міді, за тих же умов, виробляють майже виключно водень (ефективність близько 96 відсотків) і дуже мала етанолу.
Ймовірно, мине кілька років, щоб перетворити цю роботу на прототипах пристроїв на промислові установки, які можуть виробляти значні обсяги палива. Довгострокова стабільність оксиду, експериментального мідного каталізатора досі під питанням. Також поки що важко судити про можливі витрати, пов'язані з пристроєм, враховуючи його ще лабораторний статус; проте мідь не є особливо дорогим матеріалом, що виступає в ролі каталізатора.
Глобальна ідея з новим каталізатором, це живити паливний елемент від поновлюваних джерел енергії, а не викопних видів палива; в ідеалі, можна було б просто захопити вуглекислий газ з атмосфери та перетворити його на спирт.
Дослідники припускаютьдвох етапний процес, в якому вуглекислий газ (CO2) спочатку перетворюється на окис вуглецю (CO) з використанням або існуючих процесів або більш енергоефективних, що в даний час перебувають у стадії розробки. Потім окис вуглецю буде перетворено на етанол або інші сполуки на основі вуглецю електрохімічно.
Можна, наприклад, встановити сонячну батарею на даху та отримувати рідке паливо, що зберігається в резервуарі розміром з водонагрівач. «Важлива властивість хімічного палива в цілому, і рідкого палива, зокрема, у тому, що у них набагато вища щільність енергії, ніж у звичайних акумуляторних батарей, тому ви можете зберігати набагато більше енергії в меншому обсязі», говорить Розенталь.
Стендфордська група при виробництві каталізатора починає з металевого шару міді, при нагріванні його на повітрі, на поверхні утворюється шар оксиду міді. Після цього поверхневий шар хімічно перетворюється назад у металеву мідь. В результаті, мідь набуває зовсім іншої поверхні з більш активною областю, що діє як каталізатор.
Минуть роки, перш ніж ми дізнаємося, чи будуть пристрої на основі цієї хімії комерційно вигідними. Але при вдосконаленні технології та забезпеченні економічного стимулу вона може послужити для видалення діоксиду вуглецю з атмосфери.