Ученые Института катализа СО РАН создали универсальный метод синтеза теплопроводных катализаторов

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.