Каталитические методы переработки углекислого газа в полезные продукты для снижения влияния угольной генерации на глобальные климатические изменения

З.Р. Исмагилов^†^а, Е.В. Матус^‡, Л. Ли^§
^аФедеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук, просп. Советский, 18, Кемерово, Кемеровская обл., 650000, Российская Федерация

Угольная генерация представляет собой один из основных источников эмиссии углекислого газа и вносит существенный вклад в глобальные климатические изменения. В целом, для сдерживания глобального потепления и перехода на углеродно-нейтральную экономику актуальными являются разработка и усовершенствование методов улавливания и утилизации углекислого газа. Наиболее перспективными методами переработки являются процессы каталитической конверсии $CO_2$ в ценные химические продукты. Обсуждаются методы утилизации $CO_2$ , включающие реакции синтеза низкомолекулярных соединений (HCOOH, CO, $H_2CO$ , $CH_3OH$ , $CH_4$ ) и реакции получения высокомолекулярных органических веществ (карбаматы R $R^\prime$ NCOO $R^{\prime \prime}$ , карбонаты $({RO})_2{CO}$ , карбоксилаты RCOOH). Представлены результаты исследований по созданию ряда эффективных наноразмерных катализаторов для этих процессов.

Адреса для корреспонденции: ^†zinfer1@mail.ru, ^‡matus@catalysis.ru и ^§lilei@sxicc.ac.cn
Ключевые слова: угольная генерация, климат, углекислый газ, конверсия CO, катализ, химические продукты
PACS: 82.30.Vy, 92.30.Np, 92.70.Mn (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2021.07.039084
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2022/11/f/
YouTube

https://youtu.be/nvmv5lhz9tU
RuTube

https://rutube.ru/video/bb07f16be9df6d5614018356a278a37e/
Web of Science

001100185900002
Scopus

2-s2.0-85182902686
Цитата: Исмагилов З Р, Матус Е В, Ли Л "Каталитические методы переработки углекислого газа в полезные продукты для снижения влияния угольной генерации на глобальные климатические изменения" УФН 192 1214–1230 (2022)

BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 23 мая 2021, одобрена в печать: 7 июля 2021

English citation: Ismagilov Z R, Matus E V, Li L “Catalytic methods of converting carbon dioxide into useful products to reduce the impact of coal generation on global climate change” Phys. Usp. 65 1139–1154 (2022); DOI: 10.3367/UFNe.2021.07.039084

Список литературы (112) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (1) Похожие статьи (4)

Арутюнов В С Нефть XXI. Мифы и реальность альтернативной энергетики (М.: Алгоритм, 2016)
Hepburn C et al Nature 575 87 (2019)
Mikkelsen M, Jørgensen M, Krebs F C Energy Environ. Sci. 3 43 (2010)
Goeppert A et al Chem. Soc. Rev. 43 7995 (2014)
Erneuerbare-Energien-und-Klimaschutz.de, Specific Carbon Dioxide Emissions of Various Fuels, Specif. Carbon Dioxide Emiss. Var. Fuels. (2015, accessed 15 May 2019), https://www.volker-quaschning.de/datserv/CO2-spez/index_e.php
Макаров А А, Митрова Т А, Кулагин В А (Ред.) Прогноз развития энергетики мира и России (M.: ИНЭИ РАН, Московская школа управления СКОЛКОВО, 2019)
Хохлов А, Мельников Ю Угольная генерация: новые вызовы и возможности (M.: Центр энергетики МШУ СКОЛКОВО, 2019), Электронный ресурс (accessed 21 April 2021); https://energy.skolkovo.ru/downloads/documents/SEneC/Research/SKOLKOVO_EneC_Coal_generation_2019.01.01_Rus.pdf
Russell A T Air Pollution and Cancer (IARC Scientific Publication, No. 161, Eds K Straif , A Cohen, J Samet) (Lyon: International Agency for Research on Cancer, 2013) p. 37
Engineering ToolBox. Combustion of Fuels - Carbon Dioxide Emission, лектронный ресурс (accessed 11 March 2021), https://www.engineeringtoolbox.com/co2-emission-fuels-d_1085.html%0A; http://www.engineeringtoolbox.com/co2-emission-fuels-d_1085.html
Гимани Г и др Энергетический бюллетень (72) (2019)
Смирнов Б М ТВТ 57 609 (2019); Smirnov B M High Temp. 57 573 (2019)
Archer D Global Warming. Understanding the Forecast (Hoboken, NJ: John Wiley and Sons, 2011)
Yang Н et al J. Environ. Sci. 20 14 (2008)
Alper E, Orhan O Y Petroleum 3 109 (2017)
Энергоэффективная Россия (McKinsey and Co., 2009)
Olajire А А J. Petroleum Sci. Eng. 109 364 (2013)
Qin А et al ACS Sustain. Chem. Eng. 7 4523 (2019)
Zhang Y et al J. Mater. Chem. A 7 7962 (2019)
Sun Y et al J. Mater. Chem. A 6 23587 (2018)
Zhao H et al J. 44 101415 (2021)
Wang Q et al Energy Environ. Sci. 4 42 (2011)
Bazzanella A, Krämer D Technologies for Sustainability and Climate Protection - Chemical Processes and Use of CO₂ (Frankfurt: DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V., 2019)
Heltzel J M Chem. Commun. 54 6184 (2018)
Bobbink F D, Van Muyden A P, Dyson P J Chem. Commun. 55 1360 (2019)
Ho H J, Iizuka A, Shibata E Ind. Eng. Chem. Res. 58 8941 (2019)
Sels B, Van de Voorde M Applications in the Chemical Industry, Energy Development, and Environment Protection (Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH and Co, 2017)
He M, Sun Y, Han B Angew. Chem. Int. Ed. 52 9620 (2013)
de Falco M, Iaquaniello G, Centi G CO₂: A Valuable Source of Carbon A Valuable Source of Carbon (London: Springer, 2013)
Aresta M, Dibenedetto A, Angelini A Chem. Rev. 114 1709 (2014)
North M, Styring P Faraday Discuss. 183 489 (2015)
Газохимический завод. Производство карбамида. Электронный ресурс (accessed 21 April 2021), https://salavat-nefte-khim.gazprom.ru/about/working/applying/
"Акрон" запустил новый агрегат по производству карбамида. Электронный ресурс (accessed 21 April 2021), https://53news.ru/novosti/44364-akron-zapustil-novyj-agregat-po-proizvodstvu-karbamida.html
"Акрон" активизирует работы по проекту 'Карбамид 6+'. Электронный ресурс (accessed 21 April 2021), http://rccnews.ru/ru/news/fertilizers/104661/
Jarvis S M, Samsatli S Renew. Sustain. Energy Rev. 85 46 (2018)
Chen C et al Nat. Chem. 12 46 (2020)
Ren S et al Fuel 239 1125 (2019)
Dang S et al Catal. Today 330 61 (2019)
Arena F et al Appl. Catal. A Gen. 350 16 (2008)
Sun Y et al Catal. Today 307 212 (2018)
AIR TO FUELSTM PLANTS. Электронный ресурс (accessed 21 April 2021), https://carbonengineering.com/our-technology
Yan N, Philippot K Curr. Opin. Chem. Eng. 20 86 (2018)
Park H Chem. Commun. 52 14302 (2016)
Nguyen L T M et al RSC Adv. 5 105560 (2015)
Lee J H et al J. Mater. Chem. A 2 9490 (2014)
Mori K, Taga T, Yamashita H ACS Catal. 7 3147 (2017)
Qin Z Z et al Catal. Commun. 75 78 (2016)
Tsiotsias A I et al Nanomaterials 11 28 (2021)
Veselovskaya J V, Parunin P D, Okunev A G Catal. Today 298 177 (2017)
Thalinger R et al J. Catal. 337 26 (2016)
Arandiyan H et al ACS Appl. Mater. Interfaces 10 16352 (2018)
Голосман E З, Ефремов В Н Катализ в промышленности (5) 36 (2012); Golosman E Z, Efremov, V N Catal. Ind. 4 267 (2012)
Audi opens power-to-gas facility in Werlte/Emsland; e-gas from water, green electricity and CO₂. Электронный ресурс (accessed 11 March 2021), https://www.greencarcongress.com/2013/06/audi20130625.html
Wei J et al Nat. Commun. 8 15174 (2017)
Chen J et al Fuel 239 44 (2019)
Wang J J. 27 81 (2018)
Ateka A et al Fuel Process. Technol. 181 233 (2018)
Dang S et al J. Catal. 364 382 (2018)
Rahman S T et al Catalysts 10 1 (2020)
Cai X, Hu Y H Energy Sci. Eng. 7 4 (2019)
Li G et al Green Chem. 23 689 (2021)
Zhang R et al ACS Catal. 8 9280 (2018)
Rabie A M, Betiha M A, Park S E Appl. Catal. B Environ. 215 50 (2017)
Недоливко В В и др Журн. прикладной химии 93 763 (2020); Nedolivko V V et al Russ. J. Appl. Chem. 93 765 (2020)
Jang W J et al Catal. Today 324 15 (2019)
Крылов О В Российский химический журн. 44 (1) 19 (2000)
Zubenko D, Singh S, Rosen B A Appl. Catal. B 209 711 (2017)
Матус E В и др Кинетика и катализ 60 245 (2019); Matus E V Kinet. Catal. 60 221 (2019)
Матус E В и др Кинетика и катализ 60 532 (2019); Matus E V Kinet. Catal. 60 496 (2019)
Matus Е В Int. J. Hydrogen Energy 45 33352 (2020)
Ismagilov I Z et al Appl. Catal. A 481 104 (2014)
Керженцев М А и др Кинетика и катализ 58 614 (2017); Kerzhentsev M A et al Kinet. Catal. 58 601 (2017)
Ligthart D A J M, Pieterse J A Z, Hensen E J M Appl. Catal. A 405 108 (2011)
Hou Z et al Appl. Surf. Sci. 233 58 (2004)
Исмагилов И З и др Кинетика и катализ 56 394 (2015); Ismagilov I Z et al Kinet. Catal. 56 397 (2015)
Матус E В и др Кинетика и катализ 58 623 (2017); Matus E V Kinet. Catal. 58 610 (2017)
Ismagilov I Z at al. Int. J. Hydrogen Energy 39 20992 (2014)
de Abreu A J, Lucrédio A F, Assaf E M Fuel Process. Technol. 102 140 (2012)
Matus E V et al J. Nanoparticle Res. 21 11 (2019)
Ismagilov I Z Eurasian Chem. J. 19 3 (2017)
Zhang L et al J. Mol. Catal. A 297 26 (2009)
Smaller carbon footprint. Higher process eficciency, Электронный ресурс (accessed 21 April 2021), https://www.engineering.linde.com/dryref
Chen Q et al J. Saudi Chem. Soc. 23 111 (2019)
Li Z et al Joule 3 570 (2019)
Zhang X et al J. CO₂ Util. 29 140 (2019)
Ye S et al Adv. Ind. Eng. Polym. Res. 2 143 (2019)
Geschwind J, Frey H Macromolecules 46 3280 (2013)
Li X et al J. CO₂ Util. 26 52 (2018)
Middelkoop V et al J. Clean. Prod. 214 606 (2019)
Matus et al J. Phys. Conf. Ser. 1749 012023 (2021)
Pashchenko D Int. J. Energy Res. 44 438 (2020)
Singh S et al Int. J. Hydrogen Energy. 43 17230 (2018)
Rostrup-Nielsen J R, Sehested J, Noerskov J K Adv. Catal. 47 65 (2002)
Yagi F et al Stud. Surf. Sci. Catal. 147 127 (2004)
Yagi F et al Catal. Today 104 (1) 2 (2005)
Усачев Н Я и др Российский химический журн. 52 (4) 22 (2008)
De S et al Energy Environ. Sci. 9 3314 (2016)
Horn R, Schlögl R Catal. Lett. 145 23 (2015)
Ismagilov Z R et al Catal. Today 323 166 (2019)
Aramouni N A K et al Energy Convers. Manag. 150 614 (2017)
Sehested J, Gelten J A P, Helveg S Appl. Catal. A 309 237 (2006)
Bengaard H S et al J. Catal. 209 265 (2002)
Mullins D R Surf. Sci. Rep. 70 42 (2015)
Rodriguez J A et al Chem. Soc. Rev. 46 1824 (2017)
Bruix A, Neyman K M Catal. Lett. 146 2053 (2016)
Матус Е В и др Журн. структ. хим. 61 1143 (2020); Matus E V et? al. J. Struct. Chem. 61 1080 (2020)
Kim J H et al ACS Nano 15 81 (2021)
Li D et al Int. J. Hydrogen Energy 39 10959 (2014)
Hernández W Y et al Green Chem. 19 5269 (2017)
Fuentes R O et al RSC Adv. 6 64861 (2016)
Kwon O et al J. Phys. Energy 2 032001 (2020)
Misture S T et al Catal. Sci. Technol. 5 4565 (2015)
Jabbour K J. Energy Chem. 48 54 (2020)