Проект Института ПМТ по созданию «зеленой» технологии конверсии СО2 получил грант РНФ
По результатам конкурса грантов на проведение фундаментальных и поисковых научных исследований Российский научный фонд поддержал два миэтовских проекта, один из них – «Развитие «зеленой» технологии конверсии CO2 на основе синергии воздействия электрического поля, электромагнитного излучения и температуры» Института перспективных материалов и технологий (ПМТ) НИУ МИЭТ.
Создание эффективной «зеленой» технологии конверсии CO2, решающей проблему выбросов углекислого газа в атмосферу, может дать существенный экономический и социальный эффект. Цель научного исследования, которое выполняет научная группа доктора технических наук, профессора и главного научного сотрудника Института ПМТ Дмитрия Громова – поиск и разработка приемов повышения производительности технологий конверсии углекислого газа для минимизации выбросов.
Эта тематика исследований для Института ПМТ не новая. В 2021 году завершился трехлетний проект «Развитие принципов искусственного фотосинтеза в видимой области спектра с использованием массивов плазмонных наночастиц», также профинансированный РНФ. Он был посвящен созданию технологического процесса утилизации CO2 с получением из смеси CO2 и Н2О продукта, который можно было бы использовать, в частности, как органическое топливо. Научная публикация по результатам исследования «Formation of Cu-Rh alloy nanoislands on TiO2 for photoreduction of carbon dioxide» вышла в Journal of Alloys and Compounds в конце января 2022 года.
«Новый проект родился по итогам выполнения предыдущего, – рассказывает Дмитрий Громов. – Мы достигли определенных положительных эффектов в реализации искусственного фотосинтеза в видимой области спектра, однако из-за низкой производительности экономически они не очень выгодные для применения в промышленной технологии. Было решено продолжить работу на новом уровне, используя электрическое поле для стимулирования процесса искусственного фотосинтеза и повышения его эффективности».
Процесс естественного фотосинтеза (слева) и искусственного фотосинтеза (центр). Справа приведены фотографии полученных наноматериалов группой профессора Громова
Ученые Института ПМТ предложили воздействовать комбинацией электрического поля, электромагнитного излучения и температуры на специально подобранные каталитические системы на основе оксидных полупроводников. Предположительно это позволит значительно повысить их каталитическую активность и выход продукта конверсии углекислого газа, например, метана и метанола, при комнатной или чуть более высоких температурах.
Речь идет о соединении химического и электрофизического подходов к построению каталитических систем на основе анализа как химических процессов, так и электрофизических особенностей материалов, таких как генерация, транспорт и разделение носителей заряда. Активация каталитического процесса комплексным воздействием электрического поля, света и температуры в оптимальном сочетании может привести к повышению каталитической активности полупроводникового оксида и в итоге к повышению производительности всего процесса утилизации CO2.
Предварительно полученный результат применения сильных электрических полей при минимальных затратах энергии показал высокую перспективность этого приема, что продемонстрировано в другой научной публикации группы – «Catalytic activity of semiconductors under the influence of electric fields», вышедшей в Applied Catalysis A: General в феврале 2022 года.
Исследуемый образец (схематично, слева) и упрощенная версия реактора для синтеза органического топлива (справа)
«В качестве источника энергии для обеспечения процесса фотосинтеза в прошлом исследовании мы предполагали использовать солнечный свет, фотоны. В новом проекте предложена комбинация солнечного света с электрическим полем, – пояснил доцент Института ПМТ Сергей Дубков. – Необходимо просчитать и оценить эффективность этой технологии. Сейчас наши усилия сосредоточены на создании материалов-катализаторов и изготовлении их образцов, а также на разработке конструкции и макета реактора для процесса газового катализа. Данный проект будет проходить в коллаборации с лабораторией материаловедения под руководством Д.В. Козлова из Ульяновского государственного университета».
В перспективе реализация проекта может привести к открытию нового направления разработки полномасштабных каталитических низкотемпературных процессов, имеющего мировое значение, считают в Институте ПМТ.
В команде проекта десять сотрудников, более половины участников – молодые специалисты, аспиранты, магистры и студенты МИЭТ.
