Новосибирские и китайские ученые развивают получение водорода из биомассы

ФИЦ «Институт катализа СО РАН» и Университет электронных наук и технологий Китая при поддержке Российского научного фонда работают над технологией энергоэффективного получения водорода из биомассы. Ученые будут исследовать и создавать каталитические системы для выделения этого газа из продукта разложения крахмала и глюкозы — муравьиной кислоты.

Технологии хранения и синтеза водорода активно развиваются в связи с текущей экологической повесткой. На сегодняшний день Россия производит порядка 7 % водорода на мировом рынке, а к 2030 году планируется повысить этот показатель до 20 %. Муравьиную кислоту рассматривают как перспективный и эффективный носитель водорода благодаря ее доступности, стабильности и низкой токсичности.

Ученые Института катализа СО РАН и Университета электронных наук и технологий Китая решают блок задач по разработке каталитических систем для двухстадийного процесса синтеза водорода: сначала производства муравьиной кислоты из биомассы — крахмала и глюкозы, а затем получения из нее водорода. Температура существующих процессов синтеза водорода из природного газа или угля с водяным паром превышает 700 °C. Двухстадийное получение водорода из биомассы позволит снизить температуру до 150 °C. Работы ведутся в рамках гранта РНФ (№ 25-43-02194), который курирует научный руководитель ФИЦ «Институт катализа СО РАН» академик РАН Валентин Пармон.

«Мы хотим фундаментально развить тему использования катализаторов, в которых активными центрами выступают отдельные атомы. Специалисты нашего института умеют делать азотсодержащие носители, в том числе на базе углерода, которые позволяют стабилизировать эти центры. Особенности проекта следующие — разработка моноатомных и двойных моноатомных катализаторов для обеих стадий конверсии биомассы, изучение образования водорода из муравьиной кислоты с использованием гетерогенных катализаторов в жидкой и в газовой фазе, а также соединений из растворов, полученных в результате гидролиза и окисления биомассы. Кроме того, в проект заложены квантово-химические расчеты механизмов взаимодействия каталитических систем с муравьиной кислотой», — говорит ведущий научный сотрудник Отдела нетрадиционных каталитических процессов ИК СО РАН к.х.н. Николай Громов.

Носители для моноатомных катализаторов будут исследовать старший научный сотрудник Отдела нетрадиционных каталитических процессов ИК СО РАН к.х.н. Дмитрий Булушев и ведущий научный сотрудник Отдела гетерогенного катализа и Центра НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе ИК СО РАН д.х.н. Ольга Подъячева. Они займутся подбором оптимальных условий синтеза катализаторов, жидкофазным разложением муравьиной кислоты, испытаниями в газовой фазе, а также установлением механизмов реакций.

«Катализаторы с атомарными центрами, стабилизированными азотными центрами носителя, часто показывают активность выше, чем системы с наночастицами. Также важен вопрос селективности, потому что нам не нужны побочные продукты в виде CO и воды. Оказалось, что на моноатомных катализаторах селективность достигает 99 %, и водород в итоге фактически не содержит примесей монооксида углерода», — рассказывает Дмитрий Булушев.

Как отмечает профессор Университета электронных наук и технологий Китая Куанжун Сянг, международное сотрудничество помогает быстрее развивать водородные технологии:

«В проекте мы будем отвечать за разработку и оценку эффективности фотокаталитического получения водорода с использованием одноатомных и биметаллических каталитических материалов на основе переходных металлов. Международное сотрудничество ускоряет развитие водородных технологий, так как коллективы делятся взаимодополняющими знаниями, совместно используют ресурсы, вместе работают над преобразованием солнечной энергии в чистую химическую энергию».