Возглавляет команду исследователей заведующий кафедрой "Физика", руководитель научно-исследовательского центра "Фундаментальные проблемы теплофизики и механики", доктор технических наук Игорь Кудинов. По его словам, только в России ежегодно 23 миллиарда кубометров попутного нефтяного газа сжигается на факельных установках, то есть расходуется впустую и негативно влияет на окружающую среду. Задача, которую ставят перед собой политеховцы, - не просто использовать его при выработке водорода, но и делать это рационально. Работы ведутся в лаборатории на базе кафедры "Газопереработка, водородные и специальные технологии".

Чтобы вырабатывать водород, ученые намерены подвергать газ пиролизу, то есть разложению, в присутствии катализаторов. Реакция также позволит дополнительно получать углерод и применять его в химической промышленности, металлургии, медицине и строительстве.

"Генерация водорода из природного газа - это термический процесс: пиролиз метана протекает при нагреве до определенной температуры. Ввиду низкой теплопроводности газа для его эффективного прогревания нужно, чтобы он либо двигался с большими скоростями у поверхности нагрева, либо чтобы таких поверхностей нагрева в реакторе было много. И то, и другое достаточно сложно осуществить на практике, для этого требуются компетенции теплофизиков", - объясняет нетривиальность стоящей перед инноваторами задачи Игорь Кудинов.

Одна из перспективных технологий, которую развивают в Самарском политехе, - пиролиз углеводородного сырья в жидких металлах. Объединив усилия, ученые создали специальное диспергирующее (распыляющее) устройство, с помощью которого газ подается в расплавленный металл в виде мелких пузырьков. За счет рассеивания увеличиваются поверхность и время контакта между ними, то есть вещество лучше прогревается, разлагается и, соответственно, конвертируется.

Результаты первых экспериментов показали, что концентрация водорода на выходе из вузовского реактора составляет около 79%, при этом в обычных реакторах она равна 70%. Однако сотрудники университета считают, что и это не предел. Эталон чистоты водорода, к которому стремятся в научном сообществе, составляет 99,9%, на такой показатель нацелены и ученые Самарского политеха. Для этого в университете будут использовать гибридные реакторы. Установить их помогут коллеги из Московского физико-технического института, специализирующиеся в области плазмохимической технологии.

"Метан будет предварительно проходить через плазму, в процессе чего будут образовываться свободные радикалы и углеродные наночастицы, - поясняет руководитель научно-исследовательского центра. - Затем прошедший предварительную обработку газ будет подаваться в расплавы металлов или солей и проходить окончательную стадию пиролиза. Это позволит уменьшить энергию активации реакции и увеличить процентное содержание водорода на выходе".

Сейчас самарские ученые работают над созданием экспериментальных стендов жидкометаллического пиролиза метана. Аналогов таких установок не существует. Поскольку термический пиролиз протекает при высоких температурах - до 1000 градусов, а водород - это взрывоопасный газ, такие установки и используемые в них материалы должны отвечать особым требованиям. Предполагается, что генерировать водород они смогут без выбросов вредных оксидов углерода в атмосферу. При этом предлагаемая технология будет не только экологичной, но и гораздо менее затратной, чем существующие - такие, как, например, электролиз.

"Продуктом пиролиза является не только водород, но и углерод - это ценное сырье, которое можно использовать в резиновой промышленности, в дорожном строительстве, в фармацевтике, - перечисляет Игорь Кудинов. - Кроме того, при пиролизе образуются еще и кристаллические нанодисперсные частицы углерода. Сейчас пробы таких углеродных отложений находятся в лаборатории Института органической химии Российской академии наук. Исследования их структуры сканирующей и просвечивающей электронной микроскопией показали наличие упорядоченных углеродных нановолокон. Их извлечение из общей массы углеродного материала и использование на практике будут являться предметом дальнейших исследований сотрудников нашего университета".

В решении научной проблемы заинтересованы крупнейшие нефтегазовые российские компании, которые могли бы применять пиролиз не природного, а попутного нефтяного газа, чтобы не сжигать его. Подписан договор о научном сотрудничестве между Самарским политехом и Новосибирским государственным техническим университетом. Самарцы будут испытывать катализаторы новосибирских коллег на своих стендах пиролиза в газовой фазе, жидких металлах и плазме тлеющего разряда.

Андрей Ленин