В настоящее время ключевым вектором устойчивого развития общества является водородная энергетика. Водород, будучи эффективным источником энергии, является, в то же время, и одним из наиболее востребованных химических веществ, используемых в различных крупнотоннажных процессах промышленности, а спрос на его потребление растет опережающими темпами. Резкий рост интереса к возможностям расширения производства водорода и применения его в качестве топлива в разных отраслях хозяйственной деятельности человека стало следствием необходимости защиты окружающей среды от угрожающего роста загрязнений продуктами сгорания органических топлив, углекислого газа в первую очередь, что грозит необратимыми изменениями, связанными с глобальным потеплением климата.
Водород является универсальным и экологически самым безопасным топливом. Единственным продуктом сгорания водорода является вода, а его энергоемкость существенно выше, чем у других энергоносителей (например, природного газа в 2.4, а каменного угля в 4.1 раза).
Ежегодное мировое производство водорода составляет 45 – 60 млн. т., а к концу 21 века по прогнозам может составить до 800 млн. т.
Основной источник водорода (1.3 – 3 $/кг Н2) – ископаемое углеводородное сырье (газ, нефть, уголь), однако при этом образуется парниковый углекислый газ – от 7 до 41 кг СО2 / кг водорода, поэтому весьма актуальной является проблема внедрения технологий получения водорода, которые не связаны с выбросами СО2 в атмосферу.
Одним из направлений увеличения производства водорода являются методы разложения воды с применением возобновляемых первичных источников энергии, однако энергетический КПД этих процессов невысок не более 50 %, а стоимость получаемого водорода весьма значительна — 10 $/кг Н2 и выше.
Одним из таких, практически неисчерпаемых, источников водорода может быть сероводород.
В Институте катализа СО РАН, Новосибирск, открыта каталитическая реакция разложения сероводорода, которая протекает при комнатной температуре с образованием водорода и неизвестной ранее субстанции – двухатомной газообразной серы. Неожиданность и непредсказуемость данного фундаментального научного открытия заключается в том, что реакция протекает вопреки многочисленным экспериментальным исследованиям некаталитической реакции, выполненным в разные годы во многих лабораториях мира с целью получения водорода как целевого продукта. Процесс удалось осуществить благодаря открытию новых катализаторов – аналогов биологических микроорганизмов. При этом оказалось, что впервые обнаруженная нами двухатомная газообразная сера является давно предсказанным в теоретической химии основным состоянием молекулы, которая является аналогом кислорода. Однако получить эту субстанцию традиционными методами из известных веществ не удавалось из-за особенностей ее химических свойств.
В настоящее время большинство предприятий утилизируют сероводород по хорошо отработанной технологии — методом Клауса, открытом еще в 19 веке. Используются также методы прямого окисления сероводорода в серную кислоту и парциальное его окисление для получения элементной серы. Но все эти процессы требуют очень высоких температур для осуществления реакции (свыше 1000°C для метода Клауса, например), они весьма энергозатратны, а значит дорогостоящи.
Однако, сейчас найдено решение, позволяющее не только утилизировать сероводород до требуемых санитарных норм без применения энергозатратных технологий, но и выделить в результате переработки водород, безвозвратно «теряемый» в виде воды при использовании традиционных методов . Уникальность нового решения состоит в том, что благодаря катализаторам процесс реализуется при комнатной температуре.
Применение этого открытия в добывающих и перерабатывающих отраслях можно будет без преувеличения назвать технологическим прорывом. Внедрение низкотемпературной каталитической утилизации сероводорода на предприятиях позволит не только модернизировать производство под высокие требования экологии и снизить затраты, но и получить дополнительный вид сырья — водород, перспективное экологически чистое топливо будущего.
Процесс был разработан мной в Институте катализа СО РАН (г. Новосибирск) и некоторые методы его реализации запатентованы. Основные положения процесса описаны в публикациях в ведущих научных изданиях. В настоящее время технология находится на начальном этапе разработки. Доведение метода до стадии полного производственного цикла требует финансовых вложений.
Как автор метода, я готов к сотрудничеству с нефте- и газодобывающими и перерабатывающими компаниями, заинтересованными в модернизации своих предприятий, с целью разработки всех необходимых составляющих технологической цепочки и внедрения на производстве.
Материалы этого сайта могут быть полезны научным сотрудникам, преподавателям и студентам высших учебных заведений — всем, кто интересуется проблемами утилизации сероводорода, а также свойствами газообразной триплетной серы – полученного нами впервые необычного состояния серы, стабильного при нормальных условиях. Со своей стороны, готов выступить в качестве консультанта или приглашенного лектора на семинарах и конференциях, посвященных этим вопросам.
