Оксид індія разом з міддю непогано справляється з відновленням вуглекислого газу до чадного за допомогою водню.
Основне джерело енергії для людства зараз - викопне паливо. Ми спалюємо вугілля, природний газ і нафтопродукти, щоб отримати тепло або виробити електрику. Але при спалюванні чогось, що містить вуглець, обов'язково утворюється вуглекислий газ, а він, як відомо, сприяє такій нехорошій речі, як глобальне потепління.
Оскільки відмовитися тут і зараз від використання вуглецевого палива ми поки з різних причин не можемо, то доводиться робити хоч щось, щоб концентрація вуглекислого газу в атмосфері зростала не так швидко. Тому розробляються технології, що перетворюють вуглекислий газ на щось корисне, наприклад, на сировину для хімічного синтезу. Але що це означає з хімічної точки зору?
У молекулі вуглекислого газу CO2 вуглець міцно пов'язаний з двома атомами кисню. Щоб від такого окисленого вуглецю була хоч якась хімічна користь, від нього потрібно відірвати хоча б один атом кисню - перетворити вуглекислий газ на газ чадний з формулою CO. Але для цього потрібно витратити енергію, аналогічну тій, яку ми б отримали, окисливши чадний газ назад до вуглекислого. Закон збереження енергії, з яким завжди доводиться рахуватися. Отже, для «чудесного» перетворення вуглекислого газу на чадне нам потрібне якесь джерело «чистої» енергії, яка не отримана шляхом спалювання вуглецевого палива. Припустимо, що у нас він є: якась сонячна батарея або потужний вітрогенератор. Нехай навіть ми за допомогою «зеленого» електролізу отримали з води водень - газ, яким будемо «хімічно» відривати від вуглекислого газу один атом кисню. Але і це ще не все.
Якщо взяти вуглекислий газ, взяти водень, змішати, погріти, потрясти і т. д., то ми, звичайно, отримаємо якусь кількість бажаного нами чадного газу. Але, по-перше, його буде набагато менше, ніж нам би хотілося, а, по-друге, це буде чадний газ разом з вихідними речовинами і побічними продуктами реакції. Розділити отриману суміш можна, але на все це потрібно витратити енергію, а її у нас і так дефіцит. Щоб вийти з цього скрутного становища хіміки придумали метод, який отримав назву: зворотна реакція конверсії водяного пари з хімічним циклом (RWGS-CL).
Її суть полягає в тому, щоб розділити процес відриву атома кисню від вуглекислого газу і його подальшого «приєднання» до водню на дві окремі стадії. Для цього необхідно використовувати третю речовину, в ролі якої зазвичай виступають оксиди металів. У нещодавно опублікованій статті в журналі Chemical Science група дослідників з університету Васеда і корпорації ENEOS запропонувала використовувати для цієї мети оксид індія, модифікований міддю. Як все це працює?
На першій стадії вуглекислий газ вступає в реакцію з оксидом індія, який «відриває» від CO2 один кисень і привласнює його собі. На виході виходить чистий чадний газ, без зайвих домішок. Коли оксид індія насичується киснем, його регенерують газоподібним воднем, що «витягує» зайвий кисень з оксиду, в результаті чого виходить звичайна вода, а оксид індія повертається в «бойовий» стан. Далі цикл можна повторювати. За твердженням авторів роботи, головною гідністю такої системи з оксидом індія і міддю служить її здатність працювати при більш низьких температурах, ніж у відомих аналогів.
Чи врятує нас один лише оксид індія на пару з міддю від глобального потепління? Принаймні, не в осяжному майбутньому. Навіть якщо весь видобутий на планеті метал індій (а це близько однієї тисячі тонн) пустити на боротьбу з вуглекислим газом, то його внесок у зниження кількості CO2 в атмосфері буде за приблизними прикидками на рівні однієї тисячної від щорічного обсягу антропогенних викидів CO2.
Однак не варто називати подібні розробки марними. Навіть якщо відкинути такі екзотичні, але все ж більш-менш реальні завдання, як забезпечення життєдіяльності колоній на Марсі або Місяці, подібні технології визначають напрямок можливих пошуків вирішення і земних проблем теж.
За матеріалами Chemical Science