Ученые из Южной Кореи создали дешевый и долговечный катализатор на основе оксидов меди и кобальта, позволяющий получать водород высокой чистоты и ценные химические вещества из глицерина, выступающего побочным продуктом производства биотоплива.
Опыты подтверждают возможность применения катализаторов из недрагоценных металлов для одновременного выделения водорода и ценных химикатов из отходов биотопливной отрасли промышленности. Такие технологии принципиально важны как для достижения нулевого уровня выбросов парниковых газов, так и для формирования водородной экономики. Но переход на водородную энергетику сдерживается доминирующим способом получения водорода, почти весь объем которого в настоящее время вырабатывается путем расщепления природного газа и других ископаемых углеводородов.
Ученые из Южной Кореи предложили альтернативный путь. Они разработали эффективный и дешевый в изготовлении катализатор, расщепляющий глицерин на водород и муравьиную кислоту, являющуюся востребованным реагентом в химической промышленности. Глицерин в больших объемах образуется при выпуске биодизеля из растительного сырья, что создает проблему его утилизации.
Ученые установили, что расщепить глицерин и выделить из него водород с помощью электричества значительно проще, чем при превращении глицерина в водород посредством риформинга в водной фазе. На этой основе они создали ионообменную мембрану и синтезировали электрокатализатор на базе оксидов меди и кобальта в масштабе десятков граммов методом совместного осаждения и простой обработки поверхности.
Такое решение сочетает преимущества щелочной и протонообменной технологий электролиза. При использовании в электролизере с анионообменной мембраной модифицированный оксид меди и кобальта обеспечил ток 110 мА см-2 при напряжении 1,31 В. Использовалась ячейка с недрагоценным анодом площадью 7 см2 и селективностью по формиату 96%. Затем система была масштабирована до анода площадью 79 см2, обеспечивающего ток 3,2 А при напряжении 1,31 В.
Эксперименты показали, что новый катализатор превращает 88-96% молекул глицерина в смесь водорода и муравьиной кислоты. Процесс легко поддается масштабированию, что открывает путь к созданию промышленных установок по переработке отходов биодизельного производства в водород и ценную химическую продукцию.
Производство биодизеля из растительных масел сопровождается образованием значительных объемов глицерина, достигающих 10% от массы исходного сырья. Поиск экономически выгодных способов его переработки остается актуальной задачей для отрасли, поскольку накопление этого побочного продукта снижает рентабельность и создает экологические риски.
