Уральские учёные-химики развивают новую технологию, позволяющую значительно удешевить производство горючего, пластмасс и лекарственных веществ из природного газа.
— Запасы природного газа превосходят всё прочее ископаемое топливо на земле, — размышляет директор Института химии твёрдого тела УрО РАН член-корреспондент РАН Виктор Кожевников. — Природный газ (метан) — это конечный продукт распада органических веществ. В основном он сжигается для производства тепла и энергии и лишь малая доля идёт на переработку для получения жидких продуктов, например, метилового спирта (метанола). Для внутреннего употребления вещество смертельное, но в производстве совершенно необходимое. Чтоб получить его, к молекуле метана требуется добавить атом кислорода. Это не-просто, да ещё грозит взрывом. Или пожаром. Во всяком случае, попытки осуществить реакцию пока были не слишком успешны.
Но есть обходные пути. Традиционный — паровой риформинг, когда метан смешивается с парами воды и пропускается при 900–950 градусах над никелевым катализатором. В результате получается синтез-газ — смесь оксида углерода и водорода. Из этой смеси можно относительно легко получить метанол и другие вещества — пластмассы, лекарства, смазочные материалы, бензин. Процесс хорошо отработан, но у него есть недостатки. Для получения высоких температур чуть не половина входного сырья просто сжигается, что сопровождается огромным выбросом углекислого газа. Да ещё установки парового риформинга — крупногабаритны, размером со стоквартирную пятиэтажку — при меньших масштабах экономические показатели процесса резко падают.
Тем не менее при нынешних ценах на нефть перспективы газопереработки выглядят очень заманчиво. Вот только процесс надо удешевить и сделать его компактнее. Заменить, например, пар на кислород. В результате реакции метана с кислородом происходит не полное сгорание метана, а частичное его окисление с образованием синтез-газа. Но, даже без учёта упомянутой уже сложности реакции, чистый кислород слишком дорог. Над этой проблемой работают химики всего мира, но достижения уральских учёных выглядят наиболее впечатляюще.
В Институте химии твёрдого тела решили объединить выделение кислорода из воздуха с частичным окислением метана. Мой собеседник — Виктор Кожевников — продемонстрировал полую трубку-мембрану из специальной керамики. Внутри этой трубки пропускается воздух. Снаружи она омывается встречным потоком метана. Кислород, содержащийся в воздухе, соединяясь с метаном, как раз и даёт синтез-газ. При этом могут быть использованы реакторы небольшого размера. А выделяющееся тепло избавляет от необходимости сжигания сырья для обогрева. Всё это приводит к резкому снижению выбросов углекислого газа и стоимости первичной переработки продукта (а значит, и всего, что в дальнейшем из него будет изготавливаться). Производство очень удобно для удалённых территорий и месторождений с низким давлением. Таких в России половина.
Есть, конечно, сложности. Для повышения эффективности выделения кислорода мембрана должна быть как можно тоньше. Но чем тоньше материал, тем скорее он изработается, будет разрушен. С другой стороны, чем дольше мембрана будет «жить», тем дешевле окажется процесс. Имеется масса других требований. Но уральским учёным удалось существенно повысить устойчивость материала мембраны и катализаторов окисления. В результате непрерывность процесса, которой они добились, составляет более семи тысяч часов. Сравните: мировой рекорд — две тысячи сто часов.
Проект прошёл научную экспертизу в корпорации «Роснано» и получил высокие оценки в фонде «Сколково». Однако в лабораторных условиях сделана небольшая демонстрационная установка. Для промышленного же применения нужны реакторы с мощностью в тысячи кубов газа в час. Тратить на них средства никто не спешит. Хотя выгода очевидна.
