Главным виновником глобального потепления назван углекислый газ, и проблема его утилизации сегодня стоит достаточно остро. Некоторые ученые предлагают устраивать захоронения на больших глубинах. Для этого предполагается в том числе использовать пустоты от выработанных месторождений нефти и газа. Однако есть и возражения – во-первых, никто не проводил подобных испытаний, а во-вторых, есть опасения, что такие захоронения могут принести серьезные проблемы в будущем.
Формирование ископаемых углеводородов проходило в течение многих миллионов лет, а сегодня происходит их массовая добыча и расходование, что приводит к массовым выбросам в атмосферу углекислого газа, как одного из продуктов сгорания. При этом наблюдается тенденция к увеличению, а естественная утилизация растениями и водоемами уже не справляется с такими объемами. Израильские ученые из института Вейцмана вплотную занимаются данной проблемой, причем они поставили себе серьезную задачу – найти способ обратного превращения углекислого газа в топливо, то есть сделать некий круговорот углерода, который позволит решить массу проблем.
Задача перед ними стоит весьма сложная. Как известно, углекислый газ является продуктом сгорания. Другими словами, он образуется в результате выделения энергии, и обратный процесс требует энергетических затрат. При этом необходимо добиться того, чтобы затраченная энергия не превышала энергию получаемого в результате углеродного топлива. Также необходимо, чтобы процесс не вызывал загрязнение окружающей среды. Идеальным источником такой энергии представляется солнечный свет. А получать в результате реакции нужно топливо как основной продукт и кислород как побочный, но весьма полезный. Так окружающей среде не будет нанесен вред.
Израильские ученые приступили к решению этой сложной задачи с изучения существующих наработок по данной теме. Как известно, никто из более ранних исследователей не смог добиться успеха. Исследования велись по многим направлениям, и основными путями поиска были попытки найти или создать каталитические материалы, которые облегчали бы процесс распада углекислого газа на кислород и углерод. Задача усложняется еще и тем, что в качестве источника энергии необходимо использовать солнечный свет, иначе теряется смысл всей затеи.
Сотрудники факультета органической химии института Вейцмана, профессора Давид Мильштейн и Рони Нойман приняли вызов и взялись за решение этой задачи, которая представляется на сегодня невероятно сложной. Они имеют достаточный опыт создания катализаторов для различных химических реакций, и их разработки успешно используются в промышленных масштабах. В основном речь идет о методах уменьшения вредных выбросов на химическом производстве. В частности в журнале Science исследования профессора Мильштейна недавно были названы одним из крупнейших достижений в области охраны окружающей среды.
Профессор Гершом Мартин также занимается данной проблемой, но он идет несколько другим путем. Здесь также речь идет о катализаторах, но эти исследования основаны на компьютерном моделировании , где потенциальные каталитические материалы пытаются представить на молекулярном или даже атомарном уровне. Данное программное обеспечение используется в качестве некого аналога чертежной доски, где можно создать эскиз модели, которая впоследствии может быть создана в лаборатории.
Исследования предполагается вести по нескольким направлениям. Если в качестве примера взять метанол, то в этом веществе атомы углерода химически связаны с атомами водорода. Таким образом, из исходной углекислоты в результате химической реакции предстоит убрать кислород, а освобождающиеся атомы углерода связать с атомами водорода в новое соединение. При этом процесс будет состоять из многих шагов, и ученые ищут эти шаги, которые в конечном итоге должны привести к образованию молекулы углеводорода (в частности метанола) и молекул кислорода. Еще одним направлением исследований является получение водорода, который используется уже сегодня в топливных элементах. Здесь предполагается использовать в качестве промежуточной фазы монооксид углерода CO, для чего нужно убрать из углекислоты один атом кислорода. После этого должна пройти реакция с водой (H2O), в результате чего должен быть получен водород. Существуют и другие направления исследований.
Первые результаты признаны довольно обнадеживающими, ученые настроены достаточно оптимистично, однако профессор Нойман считает, что они находятся в самом начале пути, и предстоит еще огромное количество экспериментов и расчетов, прежде чем можно будет говорить о каких-то положительных либо отрицательных результатах. Сколько пройдет времени до того, как будет создана технология получения топлива из продуктов сгорания топлива, сказать трудно, однако уже сегодня понятно, что работа предстоит тяжелая, ее будет много, причем предстоит провести фундаментальные исследования. Сотрудники института Вейцмана сегодня занимаются долгосрочными инвестициями, которые послужат будущим поколениям.
