Человечество активно ищет альтернативные источники энергии, поскольку природные ресурсы истощаются. Вместе с тем учёные работают над решением другой проблемы – снижением в атмосфере концентрации углерода – одной из главных составляющих парниковых газов – СО2 и метана. В настоящее время химики Томского государственного университета создают технологию, сочетающую решение обеих задач: они разрабатывают катализаторы для переработки болотного и других газов в высокомаржинальные продукты, в частности, для получения водорода для водородной энергетики. Исследования проводятся в рамках стратпроекта ТГУ «Технологии безопасности» при поддержке программы «Приоритет 2030».
– ТГУ активно развивает проекты, связанные с карбоновой тематикой. Одним из них является карбоновый полигон – площадка для мониторинга цикла углерода и создание технологий его направленной аккумуляции и переработки, – говорит руководитель проекта, учёный лаборатории каталитических исследований химического факультета ТГУ Сергей Галанов. – Наши исследования нацелены на создание новых каталитических материалов и установки, в которой будет происходить процесс выделения водорода из природного сырья – болотного газа и биогаза – продукта утилизации органических отходов.
Так, болотный газ, выделяющийся со дна стоячих водоёмов в результате гниения растительных остатков и их бескислородной переработки бактериями, содержит в своём составе большое количество метана (70-80%) и двуокиси углерода (оставшиеся 20-30%). При этом парниковая эффективность у метана в десятки раз выше, чем у СО2.
– Получить водород из болотного газа сразу технически невозможно, для этого нужно, чтобы содержание двуокиси углерода и метана в болотном газе было в соотношении 50 на 50, – объясняет Сергей Галанов. – Поэтому сначала необходимо добавить кислород, например, в виде водяного пара или воздуха, и подать эту смесь на эффективный катализатор. В результате получается смесь СО (угарного газа) и водорода, её еще называют синтез-газ. Далее с помощью соответствующих катализаторов взаимодействием с водяным паром СО (угарный газ) можно превратить в СО2 и добавочный Н2. В итоге получается смесь СО2 и Н2. Водород выделяется и используется на нужды водородной энергетики, а СО2 возвращается в начало синтеза.
Катализатор, над которым сейчас работают химики ТГУ, согласно техзаданию должен обладать не только высокой эффективностью, но и износостойкостью – способностью работать не менее 6-12 месяцев. Результат проекта химики представят в декабре 2023 года.
Стоит отметить, что подобные установки уже работают в некоторых странах, например, в ЮАР, Катаре, Малайзии, где построены огромные заводы для получения и переработки водорода. В России, обладающей большими запасами угля, нефти и газа, дешевле было развивать другие виды энергетики. Однако сейчас, в условиях стремления стран к максимальному снижению выброса парниковых газов, а в идеале – к углеродной нейтральности, учёные РФ работают над созданием новых материалов, необходимых для перехода на «зелёную» энергетику.
Как отмечают химики ТГУ, болотный и биогазы можно использовать и для получения иных ценных продуктов. Например, при использовании других катализаторов в процессе Фишера – Тропша можно превращать синтез-газ в различные жидкие углеводороды, в частности, в синтетический бензин. Сибирь и Томская область в особенности обладают большими объёмами болотного газа, перспективного для переработки, поэтому учёные ХФ ТГУ в дальнейшем намерены разрабатывать катализаторы разных типов, которые позволят эффективно использовать этот природный ресурс.