Учёные КазНУ имени Аль-Фараби разрабатывают проект по превращению CO₂ в ценные химические вещества и топливо

В современном мире вопросы экологической безопасности и устойчивого развития энергетики приобретают особую актуальность. Увеличение использования ископаемого топлива приводит к росту выбросов углекислого газа и усиливает влияние климатических изменений. Одним из перспективных направлений решения этой проблемы является разработка технологий преобразования CO₂ в ценные химические продукты. Данное исследование проводится в Казахском национальном университете имени аль-Фараби, где учёные работают над совершенствованием экологически безопасных каталитических систем.

Основная научная идея проекта заключается в изучении механизмов электрохимического осаждения биметаллических катализаторов Cu-In в среде глубоких эвтектических растворителей. Электрохимическое восстановление CO₂ позволяет получать углеводороды и оксигенаты с высокой энергетической ценностью, одновременно снижая углеродный след промышленного производства. Особое внимание уделяется продуктам класса C2+, которые обладают высокой плотностью энергии и широкими областями применения.

В ходе исследования планируется разработка наноструктурированных биметаллических катализаторов. Управление размером частиц, морфологией поверхности и химическим составом материала позволяет повысить селективность химических реакций. Медь рассматривается как экономически эффективный катализатор для восстановления CO₂, однако конкурирующая реакция выделения водорода снижает эффективность процесса. Введение индия в каталитическую систему способствует подавлению образования водорода и повышению общей эффективности катализа.

Научная новизна проекта связана с комплексным изучением кинетики электрохимической нуклеации в растворах на основе холинхлорида и этиленгликоля. Глубокие эвтектические растворители обладают высокой экологической безопасностью и перспективны для формирования каталитических слоёв. В рамках исследования анализируется взаимосвязь между скоростью нуклеации, морфологией осадка и каталитической активностью.

Методология проекта носит междисциплинарный характер и объединяет методы электрохимии, аналитической химии и математического моделирования. Для исследования кинетических параметров используются электрохимическая импедансная спектроскопия, хроноамперометрия и вольтамперометрические методы. Дополнительно применяется численное моделирование в среде COMSOL Multiphysics, что позволяет оценить влияние структуры электрода и состава электролита на каталитический процесс.

Экспериментальная часть работы направлена на изучение морфологических характеристик катализаторов. С использованием методов электронной микроскопии (SEM, TEM) и спектроскопического анализа определяется структура наночастиц, их размер и распределение. Полученные данные анализируются с помощью газовой хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии для оценки эффективности восстановления CO₂.

Проект имеет важное научное и технологическое значение. Преобразование углекислого газа в полезные химические продукты способствует снижению негативного воздействия на окружающую среду и поддерживает развитие зелёной энергетики. Совершенствование электрохимических каталитических систем открывает новые возможности для химической промышленности и энергетического сектора.

Практическая значимость исследования заключается в потенциальном промышленном применении разработанных технологий. Повышение эффективности получения C2+ продуктов позволит улучшить экономическую привлекательность процессов переработки CO₂. Это может способствовать развитию рынка химической продукции и повышению конкурентоспособности энергетических технологий.

Данное научное исследование реализуется в соответствии с международными стандартами научной деятельности. Планируется публикация результатов работы в престижных научных журналах, индексируемых в базах данных Scopus и Web of Science. В рамках проекта особое внимание уделяется подготовке молодых научных кадров, включая докторантов, магистрантов и студентов.

Защита интеллектуальной собственности будет осуществляться через совместное авторство научных публикаций и регистрацию результатов исследований в установленном порядке. Все разработки будут оформляться с учётом требований организации, финансирующей проект.

В целом проект направлен на развитие современных каталитических технологий переработки CO₂. Исследование способствует решению экологических проблем, повышению эффективности энергетических процессов и внедрению инновационных научных решений.