Abstracts
апрель 2019

Електроннокаталітична переробка вуглекислого газу в органічні сполуки


Каменський А. О. , Ольшевський О. П. , Починок В. В. , Вязовик Віталій Миколайович Вязовик В. М.
Chemistry and modern technologies
Abstract / Full Text

Вуглекислий газ в атмосфері Землі є одним із компонентів сучасної земної атмосфери. Станом на початок лютого 2018 року концентрація його в атмосферному повітрі становила 407,95 ppm [1], тоді як вже на початок лютого 2019 року вона вже складає 411,37 ppm і продовжує збільшуватися. В Україні, яка займає 28 місце із 220 за кількістю СО2, ця концентрація складає станом на 2017 рік біля 212 ppm [2]. Станом на початок 2018 року в атмосферу в результаті діяльності людини було викинуто більше 2 000 Гігатон СО2 [2].

Основними джерелами викиду вуглекислого газу в атмосферу є виробництво, транспортування, переробка і споживання викопного палива (86%), зведення тропічних лісів і інше спалювання біомаси (12%), і інші джерела (2%), наприклад, виробництво цементу і окислення моноксиду вуглецю.

Тому виникло питання в створенні і розвитку в світі низько вуглецевої економіки, яка базується на низьковуглецевих джерелах енергії, які мають мінімальний викид парникового газу (парниковий газ) емісія в біосферу навколишнього середовища.

Для отримання різноманітних сполук з СО2 можуть використанні різноманітні способи. Це:

− звичайна термічна конверсія СО2. Вона в свою чергу поділяються на розщеплення СО2 та конверсію CO2 в поєднанні з сореагентом, CH4, H2 або H2O. Перший спосіб не дуже ефективний і використовується мало. Другий ж дозволяє отримувати різноманітні органічні сполуки;

− CO + H2O: штучний фотосинтез. Це спроба відтворення природного процесу фотосинтезу. При цьому під впливом електромагнітного випромінювання видимого спектру вода і діоксид вуглецю перетворюються в молекулярний кисень і глюкозу. Іноді до штучного фотосинтезу відносять поділ води на водень і кисень під впливом сонячної енергії;

− сонячна термохімічна конверсія. Це метод використання сонячної енергії для проведення термохімічної конверсії. Цей метод не потребує додаткових джерел енергії і не чинить негативного впливу на навколишнє середовище. Можна виділити дві форми прямого перетворення сонячної енергії: теплове перетворення − може бути залучена після поглинання сонячного світла у вигляді теплової енергії, і квантове перетворення − це безпосередньо поглинання світла (наприклад: напівпровідник, молекула або органічна сполука);

− фотохімічна конверсія. Цей спосіб відрізняється від сонячного тим, що в ньому використовується енергія фотону для протікання реакції, тоді як в сонячній при поглинанні теплової енергії відбувається подолання бар’єрів активації та впливу на хімічну рівновагу;

− безхімічна конверсія. Це перетворення сонячної енергії в хімічну енергію є «природний» фотосинтез для виробництва біопалива;

− електрохімічна конверсія. Це спосіб, в якій електрична енергія подається для створення потенціалу між двома електродами електролізеру, що дозволяє перетворити СО2 в хімічні сполуки.

− плазмова технологія для конверсії СО2. Це спосіб, в якому використовується різноманітні види плазми. Серед розрядів як найбільших джерел плазми, що використовуються для конверсії СО2 можно виділити  розряд діелектричного бар´єру ( ще його називають із-за «повільних» електронів «тихий» або бар´єрний), мікрохвильовий та ковзаючої дуги, тліючий, коронний, іскрові та імпульсні.

Було запропоновано процес синтезу органічних сполук, а саме метанолу і формальдегіду з СО2 і парів води з використанням бар´єрного розряд в присутності каталізатору.

Процес синтезу складається з двох стадій:

− активація суміші СО2 і парів води в зоні бар´єрного розряду. В результаті цієї стадії утворюється СО, водень та кисневмісні радикали. Об´єм реактору складав 7,6 см3 і час контакту 0,0285 с.

− обробка суміші СО2, водню, кисневмісних радикалів та парів води на каталізаторі, який знаходиться в зоні розряду. Утворення формальдегіду чи метанолу керували температурою, яку підтримували на каталізаторі. Об´єм реактору з каталізатором складав 39,67 см3 і час контакту 14,6 с.

В обох реакторах змінювали напругу в межах від 7 до 10 кВ.

Вихід формальдегіду та метанолу визначали за допомогою спектрофотометру 102UV, ULAB при скануванні усіх частот.

В результаті досліджень було отримана найбільша концентрація формальдегіду 0,45 г/дм3 і метанолу − 0,14 г/дм3.

В результаті усього сказаного можна стверджувати, що електронно-каталітичний метод переробки вуглекислого газу в органічні сполуки є досить ефективний метод і тому потребує подальших досліджень.

References
  1. CO2.Earth is live!! Daily CO2 URL: https://www.co2.earth/daily-co2 (дата звертання 09.02.2019).
  2. Global Carbon Atlas. CO2 Emissions. URL: http://www.globalcarbonatlas.org/ru/CO2-emissions (дата звертання 09.02.2019).