Биодизельное топливо является более чистой альтернативой нефтяному дизельному топливу, однако его производство по-прежнему загрязняет окружающую среду, особенно опасными сточными водами и углекислым газом (CO₂).
Теперь группа исследователей из Мичиганского университета работает над новым способом очистки сточных вод, одновременно улавливая CO₂ и создавая полезные продукты, такие как экологически чистое топливо и химикаты. При производстве биодизеля жиры из таких материалов, как растительное масло, животный жир или использованный кулинарный жир, превращаются в топливо с помощью процесса, называемого переэтерификацией.
В этом процессе используется спирт (обычно метанол) и катализатор для расщепления молекул жира на две части: эфиры жирных кислот, которые становятся биодизелем, и глицерин, побочный продукт.
Глицерин попадает в сточные воды, и если его не очищать, он может нанести вред окружающей среде, снижая уровень кислорода в воде, что может привести к гибели рыб и других диких животных.
Традиционные методы лечения направлены на удаление глицерина. Но теперь ученые пытаются извлечь из сточных вод ценные материалы, которые могли бы помочь снизить стоимость производства биодизеля. Один из разрабатываемых методов называется электрохимическое восстановление CO₂ (eCO₂R). Он использует электричество для превращения CO₂ в полезные химикаты. Однако этот метод обычно требует очень чистой воды и дорогих материалов, таких как драгоценные металлы, что затрудняет его использование в больших масштабах. Чтобы сделать процесс более доступным и энергоэффективным, исследователи тестируют другой метод: электрохимическую окислительно-восстановительную реакцию глицерина (GOR).
В этом подходе используется природная способность глицерина легко обмениваться электронами, что снижает необходимую для реакции энергию на 23–53 % в зависимости от используемых материалов.
Важен тип используемого катализатора. Никель особенно перспективен, поскольку он дешев, прост в изготовлении и может помочь в производстве формиата — химиката, используемого в пищевой промышленности и стоимостью до 146 долларов за литр.
Объединение GOR с улавливанием CO₂ может создать единую систему, которая одновременно очищает сточные воды, снижает выбросы CO₂ и производит ценные химикаты. Но предстоит еще много работы, прежде чем это можно будет использовать на реальных заводах по производству биодизеля.
Одной из самых больших проблем является обеспечение эффективности никелевого катализатора с течением времени. В ходе исследования ученые создали поддельную версию сточных вод биодизеля и пропустили ее через специальную проточную ячейку с никелевыми и платиновыми электродами. Всего через 24 часа система потеряла 99,7% своей мощности, в основном из-за того, что частицы заблокировали никелевый электрод.
Команда утверждает, что для поддержания работоспособности системы потребуется регулярная очистка. Их исследование также дает ученым новый способ проверить, как долго могут служить катализаторы, помогая будущим конструкциям стать более долговечными.
Это исследование является ранним, но важным шагом на пути к более экологичному производству биодизеля, которое превращает отходы во что-то полезное.
