Нов катализатор произвежда водород от метана с помощта на светлина, а не на топлина

Водородното гориво се счита за „зелено“, ако неговото производство не замърсява околната среда. Един от най-разпространените методи за производство на промишлени количества водород обаче е доста мръсен и изисква високи температури. Химици от САЩ са измислили как да превърнат процеса на преобразуване на паровата конверсия на метана в по-изгоден и по-чист процес. Нов фотокатализатор, изработен от мед и родий на принципа „антена-реактор“, разгражда метана и водните пари без външно нагряване, единствено чрез светлина със специфична дължина на вълната.

Методът за конверсия на метановите пари е химическа реакция, при която от природен газ и други източници на метан се получават водород и въглероден оксид. Изследователи от университета Райс са разработили алтернативен метод за производство на водород от метан и вода без външен източник на топлина. Изследването може да се окаже полезно за удължаване срока на годност на катализаторите, увеличаване на производителността и намаляване на разходите в различните промишлени процеси, свързани с коксуването, съобщава IE.

„Това е едно от най-важните открития, които сме правили досега, защото предлага подобрена алтернатива на може би най-важната химическа реакция в съвременното общество“, казва Петер Нордландер, един от изследователите. – „Разработихме напълно нов, много по-устойчив начин за преобразуване на парите на метана“.

Новото изследване се основава на откритие от 2011 г., направено в лаборатория на същия университет. Тогава учените установяват, че плазмоните – колективните колебания на електроните в метални наночастици под въздействието на светлината – могат да излъчват „горещи носители“, високоенергийни електрони и дупки, които предизвикват химични реакции.

Използвайки фотохимичната плазмоника, учените са получили нова каталитична система, която използва наночастиците като антени за събиране на енергия. Тъй като плазмоничната повърхност на медните наночастици не се свързва добре с метана, като реакционни центрове са използвани атоми на родий. Те привличат молекулите на водата и метана към плазмонната повърхност и използват енергията на горещите носители, за да задействат реакцията на преобразуване на парите.

След като тествали няколко каталитични системи, учените се спрели на тази като най-ефективна. Тя е в състояние да неутрализира дезактивирането на катализатора, причинено от окисляването и коксуването – технологията успешно възстановява катализатора с помощта на светлината. Според разработчиците ключов компонент на тяхната технология е умелото неравномерно разполагане на родий върху повърхността на наночастиците.

Освен това преобразуването на метановите пари с помощта на светлина не изисква подаване на газ и може да се използва в бензиностанциите или директно в превозните средства.

Понастоящем водородът се произвежда предимно в големи, централизирани съоръжения, които изискват транспортиране на газа до мястото на употреба. Новата технология може коренно да промени нещата.