Ypatingai gera žinia vandenilio energetikai: metalų lydalu metaną į vandenilį ir anglį suskaldė be šalutinių produktų

JAV chemikai technologai sukūrė katalizės koloną, kurioje metalų lydalas suskaldo metaną į sudedamąsias dalis – vandenilį ir anglį – be pašalinių produktų. Per įkaitintą iki 1065 °C metalų lydalą pučiamo metano konversijos procentas siekia 95 procentus. Science publikuoto darbo autorių teigimu, efektyviausias katalizatorius buvo 27 procentų nikelio ir 73 procentų bismuto lydinys.

Pagrindinė gryno vandenilio gavimo problema – konvertuojant metaną vandens garais susidarantis anglies dvideginis. Kai šis procesas buvo dar tik kuriamas, anglies dvideginio susidarymas niekieno pernelyg nejaudino, tačiau dabar dėl nuolatinio CO₂ koncentracijos atmosferoje didėjimo, pramoniniuose procesuose stengiamasi jo susidarymo vengti netgi kaip šalutinio produkto. Metano konversijos atveju tai galima atlikti, naudojant, pavyzdžiui metano pirolizės reakciją, kai susidaro tik vandenilis ir gryna anglis. Tačiau pereiti prie tokios technologijos sunku, nes susidaranti anglis nusėda ant kietų katalizatorių paviršiaus, katalizatoriai pasyvuojasi, nebeveikia ir pirolizės procesas nutrūksta.

Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje chemikų–technologų grupė, vadovaujama Erico W. McFarlando pasiūlė šios problemos sprendimo schemą – naudoti kiek aukštesnę, nei metro aukščio katalitinę koloną, kurioje katalizatorius yra ne kietas, o ~1000 laipsnių temperatūros lydalas. Per jį pučiami metano burbuliukai skyla į vandenilį ir anglį. Susidariusi anglis iškyla į lydalo paviršių, kur ją galima surinkti ir pašalinti.

Tokios reakcijos katalizavimui naudojami lydalai iš metalų ir jų lydinių, kuriuose aktyvūs komponentai yra pereinamieji ir taurieji metalai. Savo dare chemikai sulygino įvairių metano pirolizės reakcijos katalizatorių aktyvumą, ir tokios sistemos efektyviausiu katalizatoriumi pasirodė esantis 27 procentų nikelio ir 73 procentų bismuto lydinys. Tokios sistemos aktyvusis komponentas yra nikelis, o bismutas veikia kaip savotiškas „tirpiklis“. Tokiu lydalu pavyko pasiekti 17 nanmolių vandenilio per sekundę iš kiekvieno katalizatoriaus pavairšiaus kvadratinio centimetro. Tai maždaug 100 kartų sparčiau, nei naudojant gryno bismuto lydalą, 50 kartų efektyviau už švino lydalą, ir 2 — 5 kartus sparčiau, nei naudojant kitus lydinius, kuriuose yra platinos ir nikelio.

Aiškindamiesi katalizatoriaus aktyvumą, darbo autoriai atliko kompiuterinį metalo lydalo, per kurį juda metano molekulės, modeliavimą. Paaiškėjo, kad aktyvaus katalizatoriaus komponento (pavyzdžiui, nikelio ar platinos) atomai medžiagoje išsidėstę kaip neigiamai įkrauti jonai, kurių efektyvusis krūvis ir nulemia medžiagos katalitinį aktyvumą. O jis, savo ruožtu, priklauso nuo metalo tirpiklio savybių, o būtent – jo lydymosi temperatūros.

Tokia katalitine sistema pavyko atlikti metano konversiją ~95% efektyvumu, kuris nemažėjo ir padidinus dujų slėgį iki maždaug 2 atmosferų. Todėl tokias sistemas jau greitai bus galima naudoti kaip pigų ir „žalią“ gryno vandenilio gavimo iš metano būdą.

A. Dubov
nplus1.ru