Твердые кислоты являются одними из наиболее важных гетерогенных катализаторов, которые могут заменить экологически вредные жидкие кислоты в некоторых важных процессах — крекинг углеводородов, алкилирование, а также разложение пластиковых отходов и превращение углекислого газа в топливо. Ученым удалось решить две особо важные экологические проблемы с помощью одной разработки. Результаты исследования публикует журнал Nature.

Двумя наиболее известными твердыми кислотами являются кристаллические цеолиты и аморфные алюмосиликаты. Хотя цеолиты являются сильно кислыми, они ограничены присущей им микропористостью, вызывая крайнее диффузионное ограничение. В то время как алюмосиликаты хоть и являются мезопористыми, они страдают от низкой кислотности и умеренной стабильности. Таким образом, это синтетическая задача — разработать и синтезировать твердые кислоты с кислотностью как цеолитов, и текстурными свойствами алюмосиликатов.

С другой стороны, основной причиной изменения климата является углекислый газ в атмосфере, уровень которого растет с каждым днем. Эффект глобального потепления с точки зрения резких изменений в погодных условиях уже ясно виден и вызывает тревогу. Таким образом, существует огромная необходимость в поиске путей снижения уровня углекислого газа путем его отделения или преобразования в топливо. Также растущее количество пластиковых отходов стало серьезной экологической проблемой. Большинство стран производят тысячи тонн пластиковых отходов каждый день.

В новой работе исследователи рассмотрели обе эти проблемы за один раз, разработав нанотвердые кислоты, которые превращают углекислый газ непосредственно в топливо (диметиловый эфир) и пластмассовые отходы в химические вещества (углеводороды).

Используя методы биконтинуальных капель микроэмульсии в качестве мягкого шаблона, ученые синтезировали кислый аморфный алюмосиликат (ААС) с наноморфологией губки, которая проявляет как цеолитные (сильная кислотность), так и аморфные алюмосиликатные (мезопористая высокая площадь поверхности) свойства.

Многочисленные исследования подтвердили — классификация новых материалов, благодаря уникальным свойствам, граничит между кристаллическим цеолитом и аморфным алюмосиликатом.

Новая разработка может позволить разработку твердокислотного катализа для разложения пластика, а также превращения углекислого газа в топливо. Процесс будет происходить при условиях, необходимых для того, чтобы сделать его экономически конкурентоспособным.

Человечеству отвели 17 лет до климатической точки невозврата

Если человечество не начнет принимать меры по борьбе с изменением климата до 2035 года, оно не сможет ограничить рост глобальной средней температуры безопасными двумя градусами Цельсия — а шанс остановить потепление на 1,5 градуса уже практически потерян. Исследование с такими выводами опубликовано в журнале Earth System Dynamics.

Средняя глобальная температура планеты сейчас примерно на один градус превышает значения середины XIX века, так называемого доиндустриального периода. Принятое в 2015 году Парижское соглашение предполагает, что благодаря ограничению выбросов парниковых газов рост температуры, вызванный антропогенным воздействием на климат, не превысит два градуса Цельсия — это считается относительно безопасным порогом, при котором последствия изменения климата будут не такими серьезными.

Хенк Дейкстра (Henk Dijkstra) из Утрехтского университета и его коллеги использовали климатические модели, чтобы определить «точку невозврата», после которой ограничить потепление уже не удастся. Стандартные климатические модели позволяют, в частности, определить, как будет меняться климат Земли в зависимости от сценария действий человека — того, как будут сокращаться или расти выбросы парниковых газов.

«В нашем исследовании мы показали, что для действий в области защиты климата есть жесткие дедлайны. Мы пришли к выводу о том, что осталось очень мало времени до того момента, когда парижские цели [1,5 и 2 градусов] станут недостижимыми даже при резком сокращении выбросов», — сказал Дейкстра, которого цитирует пресс-служба Европейского союза наук о Земле. 

Сценарии развития событий при разных темпах внедрения ВИЭ

Aengenheyster et al., Earth System Dynamics, 2018

По расчетам авторов, если человечество будет наращивать долю возобновляемых источников энергии в энергобалансе на два процента в год, начинать делать это нужно до 2035 года — тогда с вероятностью 67 процентов потепление к концу нынешнего века удастся остановить на двух градусах. Если действовать решительнее и добавлять по пять процентов ВИЭ в год, дедлайн можно отложить на 10 лет. Вместе с тем, авторы напоминают, что за последние 20 лет доля возобновляемых источников энергии в мире выросла с близкой к нулю лишь до 3,6 процента по данным доклада BP. 

Чтобы с той же вероятностью ограничить рост глобальной средней температуры на планете до 1,5 градуса, умеренный сценарий роста доли ВИЭ уже не сработает — авторы пишут, что для этого человечеству нужно будет увеличивать долю ВИЭ на пять процентов в год с 2027 года. Отрицательные выбросы, то есть удаление CO2 из атмосферы, например, с помощью улавливания и захоронения углекислого газа, помогли бы отложить дедлайн на 6-10 лет, но пока такие технологии существуют только в виде прототипов.

«Если увеличить требуемую вероятность [ограничения потепления] до 95 процентов, точка невозврата для двух градусов смещается на 2022 год, а для полутора градусов она уже пройдена», — пишут ученые. По их мнению, понимание сроков, в которые необходимо начать действовать, поможет политикам принять необходимые решения и вывести человечество на безопасную климатическую траекторию. При этом они называют свои подсчеты оптимистическими, так как те не в полной мере учитывают влияние других парниковых газов, помимо CO2.

Другая группа исследователей ранее заявила, что даже если человечество выполнит Парижское соглашение, средняя температура на Земле все равно может вырасти еще на 3-4 градуса: изменения, вызванные «безопасным» уровнем потепления, могут запустить другие процессы, которые уже будет тяжело или невозможно остановить.