Каталитическое получение водорода с использованием материалов на основе перовскитоподобных оксидов

В настоящее время водородная энергетика, основанная на использовании электрохимических процессов, протекающих в топливных ячейках, все чаще рассматривается в качестве основного способа решения глобальных энергетических проблем. Указанный подход к производству энергии является экологически чистым, технологически безопасным и высокоэффективным, однако получение водородного топлива до сих пор осуществляется на основе высокотемпературной паровой конверсии невозобновляемых легких углеводородов, что приводит к повышению выбросов оксидов углерода в окружающую среду. Одним из наиболее перспективных процессов, призванных решить существующую проблему получения водорода из возобновляемых источников является воднофазный риформинг (aqua-phase reforming, APR), заключающийся в каталитическом преобразовании водных растворов углеводов и спиртов - основных продуктов переработки биомассы животного, растительного и бытового происхождения - в водород и простейшие алканы. Таким образом решается проблема не только получения водорода, но и выработки углеводородов, которые, в свою очередь, могут быть использованы для получения водорода путем паровой конверсии или в других областях человеческой жизнедеятельности, но уже в рамках так называемого нулевого углеродного цикла. Кроме того, процесс воднофазного риформинга не требует использования высоких температур и давлений, как в случае паровой конверсии метана, поэтому его аппаратурное оформление существенно облегчается, в том числе и в экономическом смысле. К настоящему моменту разработаны катализаторы на основе благородных металлов (Pt, Pd и др.) и оксидных носителей (Al2O3, TiO2 и др.), способных эффективно и высокоселективно ускорять процесс воднофазного риформинга, однако их активному и повсеместному применению препятствуют две основные проблемы - высокая стоимость и необходимость их частой регенерации по причине закоксовывания. В данном проекте предлагается разработка катализаторов на основе перовскитоподобных сложных оксидов редкоземельных и d-элементов состава ABO3 (где A = Y, La, Ce; B = Fe, Co, Ni), которые могут решить описанные выше проблемы, в частности данные вещества являются более предпочтительными с экономической точки зрения. Они проявляют высокую стабильность, а также могут быть регенерированы под действием внешних магнитных полей без необходимости полной остановки процесса риформинга и выгрузки катализатора. При этом их меньшая каталитическая активность по сравнению с катализаторами на основе благородных металлов компенсируется гибридным действием - поверхность таких катализаторов содержит не только значительное число кислотных центров для адсорбции промежуточных продуктов риформинга, но и атомы d-элементов (Fe, Co, Ni), на которых происходит разрыв связи С-С, а большая продолжительность работы без необходимости регенерации выравнивает меньшие значения конверсии. Однако катализаторы на основе указанных систем ABO3 в настоящее время остаются практически неизученными, несмотря на наличие отдельных работ, в которых показана их сравнительно высокая активность и селективность в указанном процессе. Остается открытым широкий спектр вопросов от изучения процессов формирования подобных систем, определения их состава и строения до исследования конкретных параметров каталитической активности в процессе воднофазного риформинга. Поэтому в данном проекте предполагается проведение систематического исследования процессов формирования и особенностей каталитического поведения систем на основе перовскитоподобных оксидов в процессе воднофазного риформинга глицерина, а также выработка физико-химических основ получения указанных функциональных материалов. Практическим результатом работы станет получение каталитических систем на базе перовскитоподобных оксидов ABO3 (где A = Y, La, Ce; B = Fe, Co, Ni), проявляющих высокую активность и селективностью по водороду, что позволит рассмотреть вопрос об их реальном использовании в качестве альтернативы катализаторам на основе благородных металлов.