Химическая промышленность потребляет много энергии и сильно загрязняет природу. Но исследователи хотят это изменить с помощью «зелёных» инноваций: они изучают возобновляемые источники энергии и альтернативные методы создания химических компонентов для распространённых соединений.

Исследователи опубликовали результаты в Journal of the American Chemical Society.

В исследовании основное внимание уделяется циклическим аминам. Эти соединения имеют кольцевую структуру и атом азота.

Один из таких аминов — пиперидин — играет ключевую роль в химической промышленности. На его основе создают лекарства, пестициды и другие материалы.

Чтобы присоединить водород к циклическому амину, используют газообразный водород как источник протонов и электронов. Этот процесс называется гидрогенизацией.

Раньше для получения водорода применяли паровой риформинг метана — одного из основных парниковых газов. Это затратный метод, который также приводит к выбросу углекислого газа (около 3% от общего объёма выбросов). К тому же он сильно зависит от ископаемого топлива и требует много энергии.

Исследователи решили эту проблему, создав электролизер с анионообменной мембраной (AEM).

Электролизер AEM гидрирует разные виды пиридинов при обычных температуре и давлении без добавления кислот, как в традиционных методах.

В электролизере вода расщепляется на атомарный водород и кислород. Атомарный водород добавляется к циклическому соединению.

Электролизер AEM универсален и работает с другими азотсодержащими ароматическими соединениями. Это делает его перспективным для широкого применения. Метод можно использовать при обычной температуре и давлении, что снижает потребление электроэнергии.

Наоки Шида, первый автор исследования и научный сотрудник Национального университета Йокогамы, говорит, что этот метод можно применять в промышленных масштабах в фармацевтике и тонкой химии. Он способствует сокращению выбросов углерода и развитию устойчивой химии.

В этом процессе используется вода и возобновляемое электричество, а не ископаемое топливо. Эффективность метода осталась прежней, процентный выход — 78%. Это подтверждает возможность масштабирования технологии.

Во время электролиза может возникнуть проблема с повышением напряжения в ячейке. Её можно решить, усовершенствовав аппарат для электросинтеза или разработав специальный электролизер для органического электросинтеза.

Чтобы технология электрокаталитического гидрирования была полезной, её нужно внедрить в промышленность. Тогда ей смогут пользоваться фармацевтические и химические компании.

Чем больше компаний будут применять эту технологию, тем проще будет использовать её для других азотсодержащих ароматических соединений. Это подтверждает практичность процесса электрокаталитического гидрирования.

В идеале этот метод должен стать альтернативой традиционным методам химической промышленности и снизить углеродный след химического производства.