Будет ли химическая промышленность использовать вредный для климата газ в качестве сырья для других продуктов, зависит от факторов, на которые он не имеет никакого влияния в своих исследованиях катализаторов.
Одним из таких аспектов является то, насколько эффективно и экономично можно улавливать CO2 там, где он производится в больших количествах.
Кроме того, для обеспечения связи с CO2 необходимо достаточное количество электроэнергии из возобновляемых источников, чтобы вырабатывать водород на устойчивой основе.
Команда исследователей собирается пойти еще дальше.
Они хотят объединить парниковый газ и водород с другими химическими строительными элементами для непосредственного производства полимеров или лекарственных компонентов.
"Такие дорогостоящие продукты более конкурентоспособны, чем простые базовые химикаты в начале цикла сокращения выбросов CO2, и их легче продавать на рынке", - говорит Лейтнер, директор Института преобразования химической энергии имени Макса Планка в Мюльхайме.
Кэролайн Гебауэр также считает, что использование CO2 в химической промышленности может быть устойчивым. Она участвует в Power-to-X для BUND и сопровождает проект с точки зрения охраны окружающей среды и климата. В настоящее время она критически относится к синтетическому топливу, производимому из возобновляемой электроэнергии и CO2.
"Сначала производство водорода с использованием электрической энергии, а затем переработка его в синтетическое топливо стоит в разы дороже, чем прямое электрическое использование", - говорит Кэролайн Гебауэр.
Поэтому для нас это возможно только в таких областях применения, как судоходство и воздушный транспорт, где в настоящее время нет прямой электрической альтернативы".
Тем не менее, Вальтер Лейтнер также считает, что у топлива, получаемого из ветра, солнца и парниковых газов, многообещающее будущее.
"Химические источники энергии позволяют транспортировать возобновляемую энергию на большие расстояния и распределять ее с существующей инфраструктурой", - говорит исследователь.
"Это будет оставаться необходимым условием для устойчивой глобальной энергетической системы.
В целом катализаторы являются партнерами-посредниками химии:
они снижают количество энергии, необходимой для химической реакции, направляют ее в нужное русло и часто делают возможным преобразование.
Когда речь заходит об использовании CO2 в качестве сырья, они должны выполнять все три задачи.
CO2 в полиоле.
В CAT, каталитическом центре группы компаний Leitner при университете RWTH в Ахене и химической компании Covestro, исследователи разработали технологию, которая позволяет интегрировать CO2 в полиол - важный компонент пены и клея.
Компания извлекает CO2 из других химических процессов, где он производится в качестве побочного продукта.
Таким образом, он заменяет часть исходного материала для производства полиола, который ранее получался исключительно из сырой нефти.
Тем временем, Covestro уже производит первые полиолы с содержанием CO2 до 20 процентов, порядка нескольких тысяч тонн.
В результате, этот процесс позволяет экономить ресурсы и соответственно сокращать выбросы CO2, проводя обширный анализ оценки жизненного цикла.
Катализаторы драгоценных металлов работают более эффективно.
Вальтер Лейтнер убежден, что катализаторы, содержащие драгоценные металлы, также могут быть использованы в химическом производстве.
Лиганды в катализаторах для конверсии CO2 обычно стоят так же дорого, как и металл. Кроме того, катализаторы из драгоценных металлов зачастую намного эффективнее, чем альтернативы, содержащие более дешевые металлы: такие как марганец, железо или никель.
"Если это означает, что в промышленном процессе необходимо использовать на пять процентов меньше сырья, то преимущество в стоимости зачастую превышает преимущество более дешевого металла в катализаторе", - говорит Вальтер Лейтнер.
И еще одно свойство должно восполнить недостаток редких и дорогих драгоценных металлов в катализаторах: они не потребляются во время реакции - теоретически.
На практике катализаторы изнашиваются, например, из-за накопления нежелательных веществ в виде стойких примесей или из-за разрушения часто хрупких лигандов.
Молекулярные катализаторы растворяются в реакционной среде - химики называют их однородным катализатором, поэтому после выполнения своей работы они должны быть отделены.
По этой причине химическая промышленность обычно предпочитает гетерогенный катализ: жидкие или газообразные исходные материалы вступают в реакцию с твердыми катализаторами, что делает сепарацию излишней.
"Поэтому мы работаем с учеными из других отделов нашего института, чтобы выявить фундаментальное сходство между этими двумя областями, чтобы использовать все лучшее из обоих миров", - объясняет Лейтнер.
Однако систематическая оптимизация твердых датировочных агентов для желаемой реакции затруднена.