.jpg)
Сотрудники Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН разработали и запатентовали технологию приготовления структурированных бифункциональных катализаторов, которые могут применяться в топливных процессорах и электрохимических генераторах. Новые композитные катализаторы уже используются совместно с топливными элементами, в частности в мобильных и модульных энергетических установках, которые производит Научно-исследовательский центр "Топаз".
В состав катализатора входит металлическая подложка, а в качестве активных компонентов используются родий или платина на оксидах церия и циркония, нанесенные на оксид алюминия, что позволяет обеспечить высокую теплопроводность, увеличить эффективность процесса конверсии, а также устойчивость к зауглероживанию. Катализатор совмещает в себе несколько функций, которые при одновременной работе составляют синергетический эффект и улучшают его характеристики. Разные части бифункционального катализатора отвечают за определенные заданные функции, в числе которых ускорение целевой реакции, уменьшение образования побочных продуктов в процессе реакции.
По мере проведения исследований становится все больше информации о протекании различных каталитических процессов. Соответственно, катализаторы приобретают более сложную структуру, чтобы отвечать современным требованиям и иметь улучшенные показатели производительности, конверсии, селективности и стабильности. Одними из новейших систем являются структурированные катализаторы. Ученые научились выращивать оксид алюминия на металлической подложке. С одной стороны, он служит защитным покрытием подложки, а с другой стороны, благодаря своей столбчатой структуре позволяет сделать оксидное покрытие устойчивым при воздействии высоких температур. Далее на конструкцию наносится активный компонент из таких благородных металлов, как родий или платина. Помимо основного оксидного покрытия, применяются, например, оксиды церия-циркония, несущие свою функцию в зависимости от типа реакции. Они улучшают подвижность кислорода, что, в свою очередь, приводит к уменьшению отложений углерода, которые негативно сказываются на работе катализатора. Метод синтеза дает возможность наносить очень маленькие частицы металла, это позволяет ему лучше связываться с подложкой, что исключает побочные реакции. В результате исследований удалось создать широкий класс структурированных бифункциональных катализаторов, использующихся для конверсии природного газа, пропан-бутановых смесей и жидких углеводородов в синтез-газ (водородсодержащую газовую смесь), являющийся топливом для топливных элементов, вырабатывающих электрическую энергию.
Совместно с Институтом химии твердого тела и механохимии СО РАН и НИЦ "Топаз" ученые Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН применяют новые технологии приготовления структурированных катализаторов для создания энергетических установок на основе микротрубчатых твердооксидных топливных элементов. В скором времени будут появляться энергетические установки для применения в разных климатических условиях и с мощностью от нескольких сотен ватт до устройств киловаттного класса. НИЦ "Топаз" наладил серийный выпуск микротрубчатых твердооксидных топливных элементов, а сотрудники Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН для этого проекта разработали структурированные катализаторы для получения синтез-газа, а также для дожигания остаточных компонентов выхлопных газов. Структурированные катализаторы в таких установках позволяют конвертировать и получать на месте работы водородсодержащий газ, который используется как топливо для микротрубчатых твердооксидных топливных элементов, а далее химическая энергия топлива преобразуется в электричество.
НИЦ "Топаз" разрабатывает и выводит на рынок несколько моделей, среди которых есть встраиваемые и мобильные энергетические установки. Они работают на пропан-бутановой смеси и природном газе в качестве топлива. Важнейшим компонентом, обеспечивающим эффективную работу оборудования, можно назвать структурированные катализаторы, которые обеспечивают комплексное протекание химических процессов. Такие системы станут востребованными благодаря своим характеристикам. Например, они могут устанавливаться в удаленных труднодоступных местах, где отсутствует электричество, а также не требуют постоянного обслуживания и отличаются длительными межсервисными интервалами. Высокая автономность работы и удаленное управление позволяют использовать эти энергетические установки в условиях Севера. В определенных потребительских нишах данные решения будут более выгодными в долгосрочной перспективе, если сравнивать с обычными электрогенераторами.
По мнению ученых, бифункциональные катализаторы из-за своего комплексного действия способны увеличить эффективность протекания химических процессов. Сотрудники Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН, помимо оптимизации приготовления структурированных катализаторов, планируют расширение их использования на производстве различных энергоустановок. В лабораториях проводятся разные каталитические эксперименты для исследовательских задач, однако при создании технологии приготовления катализаторов ученые ориентируются на массового потребителя, совершенствуют способы получения катализаторов, чтоб исключить чрезвычайно сложные методы и в то же время снизить себестоимость готового изделия. Это позволит расширить применение продукции в области энергоснабжения.
