Рециклируем реагент и слънчева светлина превръщат въглеродния оксид в метанол

ВЕИ енергетикaИновацииСп. Енерджи ревю - брой 2, 2024 • 16.04.2024

Учени от Националната лаборатория Брукхейвън към Министерството на енергетиката на САЩ и Университета на Северна Каролина демонстрираха селективно преобразуване на въглероден диоксид в метанол, използвайки каскадна реакция. Двуфазният процес протича при стайна температура и атмосферно налягане, с участието на слънчева светлина и рециклируем органичен реагент, подобен на катализатор, характерен за естествената фотосинтеза.

“Подходът ни е важна стъпка към намирането на ефективен начин за превръщане на въглеродния диоксид – мощен парников газ, който представлява значително предизвикателство за човечеството, в течно гориво, което е лесно за съхранение и транспортиране”, казва старшият химик в Лабораторията Брукхейвън Хавиер Консепсион.

Учените се стремят към стайната температура на преобразуване на въглеродния диоксид в течни горива от десетилетия. Подобни стратегии могат да помогнат за постигане на въглерод неутрални енергийни цикли, особено ако реакцията се захранва от слънчева светлина. Въглеродът, отделящ се като въглероден диоксид от изгарянето на горива с една молекула водород като метанола, може на практика да бъде рециклиран за получаването на ново гориво, без да се изпуска нов въглерод в атмосферата.

Метанолът (CH3OH) е особено атрактивна цел, защото е течност и може да се съхранява и транспортира лесно. В допълнение към употребата му като гориво, той служи и като ключова суровина в химическата индустрия за производството на по-сложни молекули. Също така, тъй като метанолът съдържа само един въглероден атом, както въглеродния диоксид, се избягва необходимостта от формиране на връзки въглерод-въглерод, които изискват протичането на енергийно интензивни процеси.

За целите на проучването учените изследват реакции с клас катализатори, наречени дихидробензимидазоли. Това са органични хидриди – молекули, които имат два допълнителни електрона и протон, които могат да отдават на други молекули. Те не са скъпи, свойствата им могат лесно да бъдат изменяни и предходни проучвания показват, че могат да бъдат рециклирани.

В рамките на изследването химиците разделят преобразуването на въглеродния диоксид в метанол на два етапа – фотохимична редукция на въглероден диоксид до въглероден оксид, последвана от последователни преноси на хидриди от дихидробензимидазолите до превръщането на въглеродния оксид в метанол. Разработката им описва детайлите на втория етап, тъй като реакцията преминава през серия от междинни продукти като Ru-CO2+ група, част Ru-CHO+ и Ru-CH2OH+ група до крайното отделяне на метанол под действието на светлина.

Докато първите две фази са “на тъмно”, третата стъпка, която води до получаването на метанол в свободно състояние, се инициира от абсорбцията на светлина от комплекса Ru-CH2OH+. Предложеният механизъм, по който се случва това, е чрез пренос на възбудени електрони между Ru-CH2OH+ и молекула органичен хидрид, последван от пренос на протони, който води до получаването на метанол в разтвора.








Top