Вчені зробили ще один крок до того, щоб перетворити вуглекислий газ із проблеми на корисний ресурс. Дослідники з Єльського університету та Університету Міссурі створили новий недорогий каталізатор, який не лише ефективно працює, а й виявився несподівано довговічним. Його завдання — перетворювати CO₂ на форміат, сполуку, яку розглядають як перспективний носій енергії для водневих технологій.
Навіщо взагалі переробляти CO₂
Водневі паливні елементи часто називають однією з основ «зеленої» енергетики майбутнього. Вони виробляють електроенергію без шкідливих викидів, але мають слабке місце — водень складно та дорого зберігати і транспортувати. Саме тому науковці шукають зручніші форми його зберігання.
Одним із таких варіантів є форміат або мурашина кислота. Ці речовини вже давно використовуються в промисловості — від харчової галузі до обробки шкіри. Якщо навчитися отримувати їх екологічним шляхом із вуглекислого газу, можна одночасно скоротити викиди CO₂ і створити зручне «сховище» для водню.
У чому була проблема з каталізаторами
Щоб перетворити CO₂ на форміат, потрібен каталізатор — речовина, яка пришвидшує хімічну реакцію. Раніше найефективніші каталізатори створювали на основі дорогоцінних металів. Вони добре працюють, але коштують дорого, є рідкісними та часто токсичними.
Більш доступні метали, такі як марганець, виглядали привабливою альтернативою. Проте їхні каталізатори швидко руйнувалися, втрачали активність і не могли конкурувати з «елітними» матеріалами.
Марганець, який витримує навантаження
Команда дослідників запропонувала несподівано просте, але ефективне рішення. Вони змінили структуру лігандів — молекул, які зв’язуються з металом і визначають його хімічні властивості. Додавання ще одного атома-донору зробило марганцевий каталізатор значно стабільнішим.
У результаті його «життя» в реакції стало настільки довгим, що за ефективністю він перевершив більшість каталізаторів на основі дорогоцінних металів. Для науки це важливий сигнал: дешеві й поширені матеріали можуть бути не гіршими, якщо правильно підійти до їхнього дизайну.
Що це означає для майбутнього енергетики
Новий підхід відкриває одразу кілька перспектив. По-перше, він робить технологію переробки CO₂ економічно реальнішою. По-друге, форміат, отриманий з вуглекислого газу, може стати важливою ланкою у водневій енергетиці — зручним способом зберігати та вивільняти водень за потреби.
Крім того, сам принцип стабілізації каталізаторів може знайти застосування і в інших хімічних процесах, не лише в роботі з CO₂.
Дослідження, опубліковане в науковому журналі Chem, показує: боротьба зі зміною клімату може йти пліч-о-пліч із розвитком нових джерел енергії. Іноді для цього достатньо переосмислити знайомі елементи — наприклад, звичайний марганець — і дати їм нову роль у майбутній енергетиці.