25.05.2012

Создан новый катализатор для удаления диоксида углерода из промышленных выбросов

Существующий метод удаления парникового газа — диоксида углерода — из дымоходов угольных электростанций требует столько энергии, что никто даже не думает о его практическом применении. К счастью, Роджер Эйнс и его научная группа из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (США) разработали совершенно новый катализатор для отделения и захвата СО₂, который имитирует природный фермент, работающий в наших с вами лёгких.

Добившись успеха в таком деле, лаборатория, по общему мнению, стала настоящим мировым лидером в разработке катализаторов, имитирующих поведение природных ферментов.

Эта малая молекула-катализатор — модернизированный циклен — имитирует работу фермента карбоангидраза, который отделяет, захватывает и выводит СО₂ прочь из крови и тканей. Карбоангидраза — самый быстрый из известных природных ферментов. Долгие годы учёные рассматривают возможность его адаптации для захвата углерода, выбрасываемого промышленностью в виде диоксида. К сожалению, из этой затеи ничего хорошего так и не вышло, поскольку карбоангидраза не переносит перегрева, который в данном случае неизбежен: горячий и кислый выхлопной газ вызывает почти мгновенную деградацию фермента.

Учёные предложили собственную молекулу, которая ведёт себя подобно карбоангидразе, но при этом способна выдерживать тяжёлые условия горячих производств. Для нахождения потенциальных кандидатов на роль заместителя карбоангидразы были проведены компьютерные расчёты, которые определили оптимальный дизайн, обеспечивающий защиту входящего в состав молекулы иона цинка и активирующий её (цинк и является активным каталитическим центром, подобно тому как это есть в природном ферменте). Стоит заметить, что до химической лаборатории добралось лишь около 2% от всех структур, рекомендованных теорией. Каждая синтезированная молекула тестировалась на стабильность в сложных температурных и кислотных условиях, а затем определялся характер её кинетического поведения. За полтора года учёные синтезировали девять катализаторов, а имя финалиста происходит из традиционного названия цикла вокруг цинкового иона — циклен (металлорганический комплекс, в котором циклен выступает в качестве лиганда для иона цинка).

Сейчас пробная партия этого катализатора весом в 1 кг направлена на полевые испытания, которые пройдут на одной из американских электростанций. Предполагается, что катализатор сформирует мономолекулярный слой на разделе фаз вода — газ. Ожидается протекание быстрой реакции между водой и диоксидом углерода, катализируемой циклен-цинковым комплексом, с образованием бикарбонат-иона и протона.

Роман Иванов

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА