Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің ғалымдары CO₂-ні құнды химиялық заттарға және отынға айналдыру жобасын қолға алды

Қазіргі әлемде экологиялық қауіпсіздік пен тұрақты энергетикалық даму мәселелері ерекше өзекті болып отыр. Қазба отындарын кеңінен пайдалану атмосфераға көмірқышқыл газының (CO₂) шығарылуын арттырып, климаттық өзгерістердің күшеюіне әсер етуде. Осы мәселені шешудің перспективалы бағыттарының бірі – СО₂-ні құнды химиялық өнімдерге айналдыруға мүмкіндік беретін электрохимиялық технологияларды дамыту. Бұл бағыттағы зерттеулер Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінде жүргізілуде, университет ғалымдары экологиялық таза каталитикалық жүйелерді жетілдіру бойынша ғылыми жұмыстар атқаруда.

Жобаның негізгі ғылыми идеясы – терең эвтектикалық еріткіштер негізінде Cu-In биметалдық катализаторларын электрохимиялық тұндыру механизмдерін зерттеу. CO₂ электрохимиялық тотықсыздандыру процесі арқылы көмірсутектер мен оксигенаттарды алу энергия тиімділігін арттырып, өнеркәсіптік өндірістің көміртегі ізін азайтуға мүмкіндік береді. Әсіресе C2+ класына жататын өнімдер энергетикалық тығыздығы жоғары болғандықтан маңызды ғылыми және практикалық қызығушылық тудырады.

Зерттеу барысында наноқұрылымды биметалдық катализаторларды әзірлеуге ерекше назар аударылады. Катализатордың беткі құрылымын, бөлшек өлшемін және химиялық құрамын басқару арқылы реакция селективтілігін арттыру көзделеді. Мыс катализаторы CO₂-ні тотықсыздандыруда тиімді материал ретінде белгілі, алайда сутегінің бөліну реакциясының (HER) бәсекелестігі оның тиімділігін төмендетеді. Осы мәселені шешу үшін индий металын енгізу ұсынылады, себебі индий сутегінің түзілуін тежей алады және каталитикалық процестің селективтілігін арттырады.

Жобаның ғылыми жаңалығы – холинхлорид пен этиленгликоль негізіндегі терең эвтектикалық еріткіштерде электрохимиялық нуклеация кинетикасын кешенді зерттеу. Экологиялық қауіпсіздігі жоғары бұл еріткіштер каталитикалық қабаттарды қалыптастыру үшін перспективалы орта болып табылады. Зерттеу барысында нуклеация жылдамдығы, бөлшектер морфологиясы және каталитикалық белсенділік арасындағы байланыс талданады.

Әдіснамалық тұрғыдан жоба пәнаралық тәсілге негізделген. Электрохимия, аналитикалық химия және математикалық модельдеу әдістері қолданылады. Электрохимиялық импеданс спектроскопиясы, хроноамперометрия және вольтамперометрия сияқты заманауи зерттеу құралдары катализаторлардың кинетикалық параметрлерін анықтауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, COMSOL Multiphysics бағдарламалық ортасында сандық модельдеу жүргізіліп, электрод құрылымы мен электролит құрамының әсері зерттеледі.

Эксперименттік жұмыстар катализаторлардың морфологиясын зерттеуге бағытталған. SEM, TEM және спектроскопиялық әдістер арқылы нанобөлшектердің құрылымы мен өлшемдік сипаттамалары анықталады. Алынған деректер CO₂ тотықсыздандыру реакциясының өнімділігін бағалау үшін газдық хроматография және жоғары тиімді сұйықтық хроматографиясы әдістерімен өңделеді.

Жоба ғылыми және технологиялық дамуға елеулі үлес қосуға бағытталған. CO₂-ні пайдалы химиялық өнімдерге айналдыру климаттық өзгерістерді азайтуға және жасыл энергетикаға көшу процесін қолдауға мүмкіндік береді. Электрохимиялық каталитикалық жүйелерді жетілдіру химия өнеркәсібі мен энергия өндірісі үшін жаңа технологиялық шешімдер ұсынады.

Практикалық тұрғыдан алғанда, зерттеу нәтижелері өнеркәсіптік деңгейде көмірқышқыл газын қайта өңдеу технологияларын дамытуға ықпал етуі мүмкін. C2+ өнімдерін алу тиімділігін арттыру энергетикалық ресурстарды пайдалану тиімділігін жоғарылатады және нарықтағы химиялық өнімдердің бәсекеге қабілеттілігін күшейтеді.

Бұл ғылыми зерттеу халықаралық ғылыми стандарттарға сәйкес жүзеге асырылады. Алынған нәтижелер Scopus және Web of Science дерекқорларына кіретін беделді ғылыми журналдарда жариялануы жоспарлануда. Жоба аясында жас ғалымдарды, докторанттарды және студенттерді ғылыми жұмысқа тарту арқылы ғылыми кадрларды даярлауға ерекше көңіл бөлінеді.

Интеллектуалдық меншік құқықтарын қорғау ғылыми жарияланымдарға бірлескен авторлық арқылы жүзеге асырылады. Зерттеу нәтижелері университеттің ғылыми ортасымен және қаржыландырушы ұйым талаптарымен үйлестіріле отырып рәсімделеді.

Жалпы алғанда, бұл зерттеу CO₂ шығарындыларын азайтуға бағытталған заманауи каталитикалық технологияларды дамытуға үлес қосады. Экологиялық тұрақтылықты қамтамасыз ету, энергетикалық тиімділікті арттыру және ғылыми инновацияларды енгізу жобаның негізгі мақсаты болып табылады.