Немецкий LIKAT впервые осуществил опытный выпуск десятикилограммовой партии катализатора для производства топлива из CO₂

Репортаж от Wedoany，Химики Технологического центра LIKAT в Ростоке впервые в опытном масштабе произвели новый катализатор синтеза Фишера-Тропша, первая партия объемом десять килограммов уже передана исследовательским партнерам в Гамбурге и Вене. Катализатор был разработан в рамках более раннего совместного проекта LIKAT и используется для производства CO₂-нейтрального топлива в Вене, а также для проверки его практической применимости в установках промышленного масштаба. Он является ключевым материалом современного синтеза Фишера-Тропша (Fischer-Tropsch Synthesis, FTS). В отличие от традиционного процесса, разработанного двумя немецкими химиками сто лет назад, новая версия FTS больше не сжижает уголь и природный газ, а использует в качестве сырья парниковый газ CO₂.

Новая версия катализатора Фишера-Тропша разработана Лейбниц-институтом катализа (Leibniz Institute for Catalysis), процесс преобразует CO₂ и устойчиво произведенный водород (H₂) в синтетическое топливо. Такое топливо может приводить в действие традиционные двигатели внутреннего сгорания и не содержит сернистых или азотистых соединений, присутствующих в бензине или дизельном топливе. Руководитель группы в Технологическом центре передачи LIKAT (LIKAT Transfer Technical Center) доктор Кристоф Вульф (Dr. Christoph Wulf) отмечает, что исследование направлено на достижение устойчивой, CO₂-нейтральной мобильности, что является одной из ключевых задач национальной высокотехнологичной повестки.

Как и традиционный процесс, современный метод проводится в барботажных колонных реакторах, но в гораздо более мягких условиях. В длинных вертикальных трубах вещества проходят снизу вверх через вязкую жидкость: с одной стороны — газообразное сырье CO₂, H₂ и образующийся затем монооксид углерода (CO), с другой — жидкие промежуточные и конечные продукты, а также катализатор в виде мелких гранул на основе оксида железа.

Катализатор был разработан в рамках финансируемого федеральным правительством проекта консорциума InnoSyn (относящегося к инициативе «Водородная республика Германии» (Hydrogen Republic of Germany)) в сочетании с AI-моделью CO₂-FTS, под руководством химика LIKAT доктора Давида Линке (Dr. David Linke). Партнеры из Института Энглера-Бунте (Engler-Bunte Institute) Карлсруэского технологического института (KIT) уже подтвердили осуществимость процесса в многокомпонентных реакторных системах в граммовом масштабе. Последующий проект «Зеленое топливо и химикаты» (Green Fuel and Chemicals) будет способствовать промышленному применению этого процесса, включая демонстрацию в килограммовом масштабе на пилотном заводе Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH (BEST) в Вене. К началу 2027 года этот завод будет преобразовывать несколько килограммов CO₂ в устойчивое топливо и химикаты.

Новые катализаторы обычно покидают лабораторию в количестве всего нескольких миллиграммов; увеличение до килограммового масштаба и объемов раствора до 100 литров требует другой рецептуры, что химики называют «масштабированием». Цель нового исследовательского сотрудничества — найти подходящий метод, эту задачу взяли на себя доктор Кристоф Вульф и доктор Симон Хайда (Dr. Simon Haida) в Технологическом центре передачи LIKAT. По словам обоих химиков, это также включает разработку практичной технологии производства катализатора. Катализатор получают путем осаждения из солей металлов, в результате чего образуется ржаво-красный «фильтрационный осадок» оксида железа, который после распылительной сушки и термической обработки дает почти сферические частицы. Поскольку частицы различаются по размеру, их необходимо классифицировать по размерам.

Симон Хайда отмечает, что поведение катализатора невозможно напрямую предсказать в крупном масштабе. Смешать 100 миллилитров раствора просто, но в масштабе 50 литров определенные процессы обработки, особенно фильтрация для отделения сырого продукта от реакционного раствора, могут стать проблемой, поэтому необходимы эксперименты с систематическим поэтапным увеличением объема реакции. Эта работа проводится в тесном сотрудничестве с первоначальным разработчиком катализатора, химиком LIKAT доктором Александром Федоровым (Dr. Aleksandr Fedorov), который после каждого этапа масштабирования заново корректирует катализатор и тестирует его характеристики, а затем планирует оборудование для следующего этапа.

Эксперименты постепенно перешли от партий в несколько миллилитров к масштабу 50 литров, который можно использовать для снабжения пилотного завода. В ходе работы было обнаружено, что размер частиц существенно влияет на характеристики катализатора. Доктор Вульф объясняет, что гранулы оксида железа не должны быть слишком крупными, чтобы оставаться во взвешенном состоянии в последующем барботажном колонном реакторе; но если они слишком малы, они склонны к агломерации, засоряя выходной фильтр реактора и даже попадая в продукт, загрязняя его.

LIKAT — один из первых научно-исследовательских институтов Германии, способных производить новые катализаторы для исследований в опытном масштабе. Другие институты имеют пилотные установки для тестирования катализаторов, но им не хватает оборудования для производства тестовых веществ в требуемом масштабе. В LIKAT, благодаря финансируемым проектам и научному сотрудничеству, технологический объект Catalysis2Scale теперь оснащен современным оборудованием. С первой партией из десяти килограммов катализатора на основе оксида железа, произведенного для нового синтеза Фишера-Тропша, доктор Вульф и доктор Хайда надеются привлечь внимание потенциальных исследовательских партнеров.