Британські хіміки виробили дешевий каталізатор для отримання рідких вуглеводнів з вуглекислого газу. Він складається з сполук заліза, марганцю і калію, де головну роль відіграють оксид і карбід заліза, підібрані в правильному співвідношенні. Автори пропонують використовувати свій винахід для виробництва авіапалива з нульовим вуглецевим слідом, щоб знизити внесок авіації в глобальну зміну клімату. Стаття опублікована в.
Вуглекислий газ - одна з основних антропогенних причин глобальної зміни клімату. У Європі близько чотирьох відсотків викидів вуглекислого газу припадає на літаки. Щоб знизити цю частку, деякі пропонують перевести авіацію на електричну тягу: або на сонячних панелях, або на акумуляторах. Незважаючи на велику кількість випробувань подібних літаків, поки використовуються лише легкомоторні електролітаки, а до створення електричних комерційних лайнерів ще далеко - лише кілька місяців тому перший електролітак отримав сертифікат типу. Крім того, неясно, наскільки вони будуть вигідні для масового використання.
Альтернативний підхід до зниження викидів парникових газів передбачає вуглецеву нейтральність - коли для створення палива з атмосфери забирається стільки ж вуглекислого газу, скільки вивільниться при згорянні. Як варіант, для цього можна використовувати біопаливо, тобто горючі вуглеводні, які отримали не з нафти, а з рослинної сировини. Такий підхід має суттєвий мінус - біосировину для пального доводиться вирощувати або замість продовольчих культур, що може призвести до голоду в бідних країнах, або на місці вирубаних лісів, що шкодить екології. Щоб цього уникнути, вчені шукають способи виробляти паливо з вуглекислого газу промисловим способом, але як правило для цього потрібні дорогі каталізатори.
Пітер Едвардс (Peter Edwards) і його колеги з Оксфордського університету винайшли спосіб отримувати авіапаливо з вуглекислого газу і води за допомогою недорогого каталізатора. Він складається з сполук заліза, калію та магнію, і виробляється із загальнодоступної сировини. Для його приготування вчені взяли лимонну кислоту, нонагідрат нітрату заліза (III), тетрагідрат нітрату марганцю (II) і калієву селітру. Всі компоненти нагріли і перемішали, після чого пасту палили на повітрі при 350 градусах для позбавлення від вуглецю і отримання порошку. На думку дослідників, саме наявність органічної кислоти відіграє ключову роль для виробництва якісного каталізатора, оскільки при її згорянні утворюється багато газів, що не дає порошку перегріватися і спікатися.
Ключову роль у прямому отриманні авіапалива з водню і вуглекислого газу зіграли два сполуки заліза, закладені в правильних пропорціях: Fe3O4 і порівняно рідкісна форма карбіду заліза χ-Fe5C2, яка сприяє формуванню довгих вуглеводневих молекул. Завдяки цьому тандему на каталізаторі йде одночасно дві реакції. У першій з них відбувається зворотна конверсія водяного газу з перетворенням суміші вуглекислоти і водню на суміш води і монооксиду вуглецю. Цій реакції сприяє оксид заліза, який у процесі переходить у карбід.
Разом з тим карбід заліза сприяє процесу Фішера - Тропша - переходу суміші монооксиду вуглецю з воднем на рідкі вуглеводні, в ході якого попутно карбід заліза перетворюється назад в оксид. З'єднання марганцю в каталізаторі необхідні для підвищення активності, а калію - для придушення утворення метану та утворення карбіду заліза. На основі цих лабораторних експериментів хіміки стверджують, що за допомогою їх каталізатора можна отримати продукт з часткою рідких вуглеводнів вище 50 відсотків і виходом потенційного палива близько 17 відсотків. Крім того, ще 8 відсотків припадають на етилен і пропілен, які відіграють ключову роль у хімічній промисловості.
Крім внеску в глобальне потепління, використання нафти шкодить екології навіть якщо її не спалювати. Велику проблему становить пластикове сміття, тому розвинені країни намагаються скоротити використання одноразового посуду: так, в Англії нещодавно заборонили пластикові трубочки. У той же час, перехід на біопластик не став панацеєю, оскільки як мінімуму деякі його сорти виявилися не менш токсичними.