Специалисты ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» уверенно двигают науку вперед, разрабатывая совершенные решения для чистой энергетики. Под руководством Михаила Николаевича Симонова коллектив института создал уникальный катализатор для производства водородного топлива, который выгодно отличается от своих зарубежных аналогов как по экологической безопасности, так и по длительности эффективной работы. Новый материал призван сделать переход к экологически чистым технологиям значительно доступнее — и может быть востребован по всему миру, в том числе в масштабных энергетических проектах Бразилии.
Революция в производстве водорода: экологичные перспективы
В современном мире становится все актуальнее вопрос замены традиционных видов топлива более чистыми альтернативами. Водородная энергетика — одно из передовых направлений, способное сократить вредные выбросы и снизить зависимость от нефти, угля и газа. Для развития этой индустрии необходим эффективный и долговечный катализатор, который способен поддерживать процесс получения водорода из синтез-газа. Такой синтез-газ образуется при реакции этанола или метана с углекислым газом — процесс этот носит название углекислотной конверсии и открывает двери к малозатратному и чистому получению H2.
Главная сложность: борьба с коксованием
Один из ключевых вызовов на пути создания водородного будущего — образование углеродных отложений на поверхности катализатора во время работы, или «коксование». Дело в том, что на поверхности традиционных катализаторов в ходе реакции формируются труднопроницаемые слои углерода, которые блокируют рабочие сайты и лишают материал активности. В результате катализатор быстро выходит из строя, и экономическая эффективность процесса резко падает. Решение этой проблемы искали ученые, руководствуясь принципом высокой мобильности кислорода в структуре материала: новые катализаторы способны эффективно уничтожать предшественников кокса, очищая свою поверхность прямо в процессе работы.
Михаил Симонов и инновационный материал на основе церия и циркония
Научный коллектив под руководством кандидата химических наук Михаила Николаевича Симонова нашел оптимальную формулу: основой катализатора выступает комплекс оксидов церия и циркония, дополненный ионами титана, ниобия и металлическим никелем. Такой состав позволяет добиться выдающейся стабильности и каталитической активности, минимизируя образование углерода даже при длительной эксплуатации. Секрет в том, что структура материала постоянно регенерирует активные сайты и способна самоочищаться без заметных потерь производительности.
Два способа синтеза: традиции и инновации
Получение нового катализатора производится двумя современными методами. Первый — классический способ Пекини, когда металлы растворяются в спиртовой смеси с лимонной кислотой и после нагревания превращаются в сложные оксидные порошки. Эти порошки насыщаются солью никеля для усиления свойств катализатора. Однако этот процесс требует около двух суток.
Второй, более технологичный подход, экономит ученым уйму времени: синтез проводится в сверхкритических условиях при высоких температуре и давлении. Такой процесс напоминает одновременное пребывание вещества в жидком и газообразном состояниях, что ускоряет объединение компонентов и формирование финального продукта. Буквально за полчаса частицы оксида образуются и готовы к дальнейшему использованию — это позволяет внедрять такую технологию даже на крупных предприятиях без дополнительных издержек на ожидание.
Глобальное значение: перспективы для Бразилии и мира
Разработки российской команды находят живой отклик в мировом научном сообществе. Катализаторы нового поколения могут открыть новую эру экологичных производств, особенно для тех регионов, где существуют крупные ценные запасы топлива. Примером может служить Бразилия, где этанол уже активно используется для энергетических нужд. Внедрение новой технологии производства водорода поможет сделать энергетическую инфраструктуру Бразилии не только более устойчивой и экологичной, но и конкурентоспособной.
Кроме того, перспективы катализаторов чрезвычайно актуальны для России, где актуальна задача утилизации метана, который до сих пор зачастую просто сжигается на месторождениях, внося вклад в рост выбросов парниковых газов. А использование предложенного подхода позволяет эффективно снижать концентрацию CO2, поддерживая борьбу с глобальным изменением климата.
Наука, которая работает на будущее
Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН является признанным лидером в области разработки катализаторов нового поколения, объединяя глубокие фундаментальные исследования с практическими задачами мировой энергетики. Михаил Николаевич Симонов и его коллеги уверены: их инновации найдут применение как в России, так и за рубежом. Разработка катализатора на основе оксидов церия-циркония — это весомый вклад не только в науку, но и в сохранение экологического баланса планеты, открывающий путь к устойчивому развитию и внедрению чистых технологий в промышленности разных стран, включая Бразилию.
Работы ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» открывают перспективы для экологически дружественной энергетики, давая возможность странам с разными сырьевыми базами реализовать свои амбициозные проекты в области водородной энергетики, эффективно преобразуя вредные выбросы в ценный ресурс будущего.
Источник: scientificrussia.ru
