Кусок металла, лежащий на столе в офисе Джоэла Розенталя в Университете Делавэра, выглядит так, как будто он должен быть в кармане волшебника. Блестящий серебристый цвет с розовыми вкраплениями и золотыми вкраплениями, он называется висмут, и в настоящее время из него изготавливают продукты, начиная от пуль для дробовика и заканчивая косметикой и антацидами, включая пепто-бисмол..
Но исследование профессора Розенталя расширяет репертуар висмута - он определил своего рода магию в металле, который может быть именно тем, что доктор прописал для планеты Земля. Он говорит, что это может помочь уменьшить рост уровня углекислого газа в атмосфере и обеспечить устойчивые способы производства топлива.
Розенталь и его команда на кафедре химии и биохимии UD обнаружили, что висмут обладает необычным свойством, которое можно использовать для защиты окружающей среды - в качестве химической «искры» или катализатора для преобразования углекислого газа (CO 2), парниковый газ, в жидкое топливо и промышленные химикаты. О результатах сообщается в журнале ACS Catalysis, издаваемом Американским химическим обществом. Команда Розенталя также подала патент на работу.
Профессор Делавэрского университета Джоэл Розенталь (справа) и научный сотрудник Абдеррахман Атифи работают над новым подходом к сокращению выбросов углекислого газа.
Розенталь называет особую способность висмута «каталитической пластичностью». Когда электрический ток подается на пленку висмута в ванне с солеными жидкостями, содержащими ионы имидазолия и амидиния, он и его команда могут «настроить» химическую реакцию для превращения углекислого газа либо в жидкое топливо, такое как бензин, либо в муравьиную кислоту. - ценный химикат с широким спектром промышленного применения - от консервирования пищевых продуктов и корма для скота до производства каучука и кожи, искусственных ароматизаторов и отдушек.
Традиционно химикам приходилось создавать новый катализатор для запуска каждой отдельной химической реакции, которую они изучали, от стадий от а до б, от б к с и т. д., сказал Розенталь, что делает этот подход - использование одного катализатора которые можно адаптировать или настроить для эффективного стимулирования различных типов реакций, особенно новых.
"Мы работаем над тем, чтобы раздвинуть границы этой идеи", - сказал Розенталь. «Наши новые результаты важны с технологической точки зрения - мы думаем, что эта платформа позволит возобновляемым источникам энергии, таким как солнечная и ветровая, управлять прямым производством жидкого топлива. Но что более важно, мы считаем, что эта концепция «каталитической пластичности» указывает на потенциал сдвиг парадигмы, новый взгляд на преобразование возобновляемой энергии, производство топлива и катализ в целом».
Розенталь и его команда ранее показали, что пленки висмута могут использоваться в сочетании с некоторыми жидкими солями в качестве недорогих катализаторов для преобразования углекислого газа и возобновляемых источников энергии в газообразные виды топлива, такие как окись углерода. В этом исследовании они обнаружили, что могут использовать одни и те же материалы в присутствии различных солей для прямого преобразования углекислого газа в жидкое топливо.
«Меня давно интересовала область катализа, - сказал Розенталь. «Размышление о том, как можно взять что-то дешевое и доступное в изобилии и превратить во что-то гораздо более полезное и ценное, не затрачивая на это много дополнительной энергии, всегда захватывало мое воображение. Существуют философские параллели между катализом и целями древних Алхимия - многозначное слово, но в некотором смысле то, что мы изучаем, похоже на современную алхимию - эффективное преобразование углекислого газа в более ценное топливо и химические вещества сродни попытке превратить свинец в золото».
Какое влияние может оказать технология Розенталя на текущие уровни углекислого газа?
«Трудно предсказать прямое влияние на эти уровни», - сказал он. «Эта технология позволит нам производить жидкое топливо, используя возобновляемую электроэнергию из солнечного света и ветра. Это, в свою очередь, уменьшит нашу потребность в традиционных нефтяных ресурсах, что приведет к сокращению выбросов углекислого газа».
В апреле этого года атмосфера Земли достигла самого высокого устойчивого уровня углекислого газа с тех пор, как люди наблюдали за ним - более 410 частей на миллион в течение всего месяца - согласно измерениям, проведенным в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях.
Розенталь работал над этой задачей почти восемь лет и продолжает идти вперед.
«Для меня важно найти химические вещества для снижения выбросов углекислого газа и снижения уровня в атмосфере», - сказал он.