Окисляй и властвуй

Экологически чистыми могут быть не только электромобили (на снимке), но и машины с бензиновым двигателем.
Фото Reuters

Можно ли получить из воды четверть горючего для мотора вашего автомобиля? Ученые Сингапура уверяют, что если не четверть, то очень близко к этому – можно…

Шаттл «Атлантис» отправился в свой последний полет, использовав «гремучую смесь» водорода, полностью сгорающего в соединении с кислородом. Использованию экологически чистого водородного топлива препятствуют дороговизна и небезопасность его получения. Возможно, что новый катализатор, предложенный сотрудниками лаборатории Лувей Чен (Chen) в Национальном университете Сингапура, поможет решить эти проблемы.

Подложкой для каталитического комплекса служит оксид алюминия, или хорошо всем известная фольга. На ней помещаются наночастицы металлического родия (Rhodium), способствующие переработке этанола (спирта), рассматриваемого экологами как одно из самых безопасных автомобильных топлив. Этанол и сегодня сгорает при температуре 550–800 градусов, однако процесс, получивший название «реформирование паров», не только сложен сам по себе, но имеет на выходе много побочных продуктов. Неприятным следствием его является и отложение сажевого – углеродсодержащего – нагара (кокинг), а также образование угарного газа СО.

Сингапурцам удалось решить обе эти задачи, призвав на помощь родиевым кристаллам наночастицы оксида железа (ржавчину). Родий реформирует пары спирта при значительно более низких температурах, в то время как железный окисел направляет реакцию водно-газовой смеси таким образом, что соединяющиеся СО и вода дают при разложении чистый водород и углекислый газ СО2. «Эти два компонента, – сказала Чен, – прекрасно дополняют друг друга, работая в одном температурном диапазоне 350–400 градусов».

Исследователям есть чему радоваться, поскольку они получили на выходе почти четыре молекулы водорода в пересчете на одну молекулу этилового спирта (и без всякого угарного газа). Но в спирте СН3СН2ОН всего шесть атомов водорода, откуда же взялись еще два? Ответ довольно прост.

Новый катализатор осуществляет реформинг пароспиртовой смеси без кокинга в виде СО, оседающего на родии, что приводит к отравлению катализатора. Вместо этого СО мигрирует в сторону наночастиц железного окисла, отвлекающего молекулы газа на себя. Тут же присутствуют и молекулы водяного пара Н2О, отдающие кислород на «нейтрализацию» угарного газа, после присоединения превращающиеся в углекислый газ СО2. «Остаточным» продуктом расщепления воды оказываются молекулы водорода Н2. Поскольку эффективность процесса не стопроцентная, то отсюда слово «почти».

Необходимо сказать и о необычайно большой продолжительности жизни-активности катализатора из наночастиц родия и железного окисла. Благодаря отсутствию кокинга молекулами оксида углерода родиевый катализатор сохраняет активность на протяжении 300 часов, что необычайно много для катализаторов вообще.

Чен подчеркнула, что возможность расщепления спирта без образования угарного газа делает возможным осуществление катализируемого процесса непосредственно «на борту» автомобиля. При этом водород будет сжигаться с образованием все той же воды, выходящей из выхлопной трубы вместе с углекислым газом.

Конечно, СО2 дает парниковый эффект и является газом, за уменьшение эмиссии которого выступают развитые страны. Но это все равно лучше выхлопа современных моторов, в которых сжигаются продукты переработки естественных углеводородов. Достаточно вспомнить о весьма токсичных окислах азота и серы, выброс которых приводит к образованию в больших городах смога, воздействие которого на окружающую среду и здоровье людей неизмеримо больше углекислого газа. К тому же углекислый газ весьма активно поглощается зелеными растениями, включающими его в фотосинтезируемую ими органику.