Хотя правительства, академические круги и организации во всем мире уже много лет подчеркивают кризис, связанный с использованием ископаемого топлива, их спрос постоянно растет. Теперь, когда предложение серьезно сократилось, исследователи усердно сосредоточились на поиске альтернативных видов топлива, которые были бы чище и с потенциалом для устойчивого производства.
Водород (H2) является очень привлекательным кандидатом на замену ископаемого топлива, поскольку его можно производить из воды (H2 О) путем гидролиза, расщепления молекул воды. Еще один устойчивый путь - это синтез биодизельного топлива, которое производится с использованием растительных масел посредством процесса трансформации, известного как переэтерификация. Однако при синтезе биодизеля образуется чрезмерное количество глицерина (C3H8O3); по оценкам, биодизельная промышленность только в Европе производит излишек глицерина в размере 1,4 миллиона тонн, который не может быть продан другим отраслям. Если бы глицерин можно было использовать в качестве сырья для получения более ценных химикатов, это сделало бы биодизельную промышленность более прибыльной, что побудило бы правительства и компании отказаться от ископаемого топлива.
К счастью, исследователи из Tokyo Tech и Taiwan Tech недавно нашли эффективный способ использовать этот излишек глицерина с пользой. Хотя электрохимическое превращение глицерина в другие более ценные органические соединения, такие как дигидроксиацетон (ДГК), изучалось в течение многих лет, существующие подходы требуют использования драгоценных металлов, а именно платины, золота и серебра. Поскольку использование этих металлов составляет 95% от общей стоимости преобразования глицерина в ДГК, эта исследовательская группа сосредоточилась на поиске доступной альтернативы.
В своем исследовании они обнаружили, что оксид меди (CuO), дешевый и распространенный материал, можно использовать в качестве катализатора для селективного превращения глицерина в ДГК даже в мягких условиях реакции. Для этого pH (концентрация свободных ионов водорода) в растворе электрохимической ячейки должен иметь определенное значение. С помощью различных методов микроскопии исследователи проанализировали кристаллическую структуру и состав катализатора CuO и адаптировали их, чтобы сделать его стабильным, а также тщательно изучили возможные пути преобразования глицерина в их системе в зависимости от pH раствора. Это позволило им найти подходящие условия реакции, способствующие производству ДГК. «Мы не только открыли новый катализатор для высокоселективной конверсии ДГК, но и продемонстрировали возможность дать новую ценную жизнь отходам биодизельной промышленности», - отмечает проф. Томохиро Хаяси, ведущий научный сотрудник Tokyo Tech.
Более того, электрохимическая система, предложенная в этом исследовании, производила не только DHA из глицерина на одном конце, но и H2 на другом путем расщепления воды. Это означает, что этот подход может быть использован для решения двух текущих проблем одновременно. «Как биодизельная, так и водородная промышленность могут извлечь выгоду из нашей системы, что приведет к более устойчивому миру», - объясняет профессор Хаяси.