Химики разработали "зеленый" метод извлечения водорода из метанола

Британские и китайские химики открыли новый вид катализатора, который позволяет извлекать водород из простейшего органического спирта метанола, не вырабатывая при этом угарный газ, представляющий собой опасность для здоровья людей, животных и окружающей среды, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications. Уже несколько лет ученые активно разрабатывают методики, позволяющие превращать биомассу в метанол, этиловый спирт и некоторые другие органические соединения. Эти соединения можно использовать в качестве биотоплива или исходного сырья для получения других ценных веществ. В частности, метанол является основным источником водорода в современной химической промышленности. Как правило, водород извлекается из спирта путем разложения его молекул на синтез газ - смесь из угарного газа и водорода.

Команда ученых-химиков под руководством Эдмана Цанга (Edman Tsang) из Оксфордского университета (Великобритания) сделала этот процесс более дружелюбным к окружающей среде, создав новый вид катализатора на основе наночастиц меди и пленки из цинка и оксида галлия. По словам ученых, водород в классической реакции его синтеза получают в результате взаимодействия метанола и паров воды в реакторе, прогретом до температуры в 1,5 тысячи градусов Цельсия. Взаимодействующие молекулы воды и спирта разлагаются на углекислый газ (СО2) и три молекулы водорода (Н2). Часть водорода практически мгновенно вступает в реакцию с углекислотой, в результате чего возникает молекула воды и угарного газа. В тех случаях, когда для проведения реакции используется катализатор, молекулы СО соединяются с ним и ухудшают его свойства. Данный факт вынуждает инженеров разрабатывать сложные системы очистки газа, что увеличивает стоимость водорода и затрудняет миниатюризацию реакторов для использования.

Цанг и его коллеги предположили, что эту проблему можно решить при помощи катализатора, который сделает реакцию угарного газа и воды невыгодной с энергетической точки зрения. По словам химиков, на роль такого катализатора хорошо подходят соединения меди, которые часто применяются для обратной реакции - синтеза метанола из углекислоты и водорода. Опираясь на эту идею, ученые разработали несколько прототипов катализаторов на основе наночастиц меди, "приклеенных" к тонким пленкам из оксидов цинка, алюминия и некоторых других металлов. Авторы статьи проверили их в деле, наблюдая за химическим составом газа, исходящего из реакционной камеры. Лучше всего себя проявил катализатор на основе наночастиц меди, соединенных с пленкой из цинка и оксида галлия. В ходе эксперимента это соединение превратило практически весь метанол в водород и углекислый газ при довольно низкой температуре - 150 градусов Цельсия. По словам ученых, им не удалось найти следов угарного газа в смеси углекислоты и водорода, что говорит об его отсутствии или крайне незначительной концентрации в продукте реакции.

По заявлению исследователей, простота катализатора и достаточно "мягкие" условия реакции позволяют использовать его в качестве основы для портативных и компактных расщепителей метанола. В частности, подобный реактор можно установить на борт автомобиля и использовать в качестве источника водорода для топливных элементов. В отличие от традиционных катализаторов, водород в такой ячейке не будет нуждаться в очистке от угарного газа, и его утечка не приведет к смерти водителя и пассажиров.