Ученые Института катализа СО РАН разработали универсальный метод синтеза высокоактивных структурированных катализаторов на металлической основе, который дает возможность создавать каталитические системы практически любой геометрии. Такие катализаторы применяют в различных теплогенерационных установках, устройствах получения синтез-газа и водородсодержащих смесей. Благодаря их свойствам степень их использования приближается к максимально возможной.
Разработанные учеными ИК СО РАН катализаторы стабильны при высоких температурах. Универсальность синтеза открывает возможность массово производить их и широко применять в различных областях. Их используют для процессов генерации тепла из разных видов топлив, а также в переработке углеводородов и водородной энергетике.
«Эти системы позволяют конвертировать разные типы топлив: от газообразных, типа природного газа и пропан-бутановых смесей, до жидких, таких как бензин и дизель. Это позволяет создавать горелочные устройства различной геометрии и назначения. Наши катализаторы применяют для конверсии углеводородных топлив в синтез-газ и водородсодержащий газ, которые можно использовать как топливо для топливных элементов», — рассказывает заведующий отделом гетерогенного катализа ИК СО РАН и руководитель Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института Павел Снытников.
Недавно в высокорейтинговом журнале Materials ученые опубликовали обзор, посвященный последним достижениям ИК СО РАН в этой области (работы выполнялись в рамках гранта Российского научного фонда).
В основе структурированных катализаторов — металлическая сетка или пена, благодаря физическим свойствам которых можно создавать системы любой геометрии: блок, кольцо, спираль, параллелепипед и так далее. На металлическую матрицу наносится тонкий слой оксида алюминия и каталитически активный компонент. В результате композитный катализатор сочетает высокую теплопроводность за счет металлической основы и высокую каталитическую активность.
«Оксид алюминия наносят не в виде сплошного слоя, а выращивают в виде маленьких кристаллов, которые визуально напоминают иглы на спине у ежа. Благодаря этому достигается высокая удельная площадь поверхности, плюс структура получается «дышащей». Коэффициенты теплопроводности металла и оксидного слоя сильно отличаются, но за счет дышащей подвижной структуры керамическое покрытие не отслаивается от металла. Катализатор оказывается очень долговечным в реакционных условиях, а степень его использования приближается к максимально возможной», — поясняет Павел Снытников.
За счет легко изменяемой геометрии структурированные катализаторы рассматриваются не отдельно, а как элемент конструкции каталитического реактора.
В Российской Федерации идет десятилетие науки и технологий. По словам Снытникова, одна из приоритетных задач — знакомство граждан России с результатами выполняемых научных разработок. Институт катализа СО РАН параллельно с проведением работ над созданием сложных устройств участвует и в выставочной деятельности. Для этого ученые создают объекты, которые позволяют продемонстрировать широкой аудитории преимущества разрабатываемых технологий, в том числе и на основе структурированных катализаторов — к ним относится недавно ставшее известным каталитическое кадило.
«Мы постоянно участвуем в российских и зарубежных выставках, где желательно не только рассказывать о разработках, но и показывать их в действии. На основе известных привычных устройств можно демонстрировать новые принципы работы. Эти устройства можно применять в быту, благодаря чему дело доходит до коммерциализации», — говорит ученый.
В качестве еще одной сферы возможного применения компактных горелочных устройств на основе структурированных катализаторов Снытников приводит в пример кейтеринг. На мероприятиях иногда требуется поддерживать блюда теплыми или готовить их прямо на месте. В кейтеринге зачастую используют газовые горелки. Использование же горелок на базе структурированных катализаторов позволяет управляемо генерировать тепло и добиваться более полного сжигания топлива.