Синтетическое топливо из атмосферы для борьбы с глобальным потеплением

Группа исследователей Санкт-Петербургского государственного технологического института совместно с коллективом приглашенных исследователей из университетов Ворвика (Великобритания), Або (Финляндия) и Белграда (Сербия), получила грант от Российского научного фонда (РНФ) для исследования взаимодействия низкотемпературной плазмы с гетерогенными катализаторами с целью получения моторного топлива из природного газа. Риформинг метана с углекислым газом является перспективным методом производства синтез-газа, обогащенного монооксидом углерода, из природного газа. Синтез-газ данного состава может быть использован для производства метанола, диметилового эфира, а также углеводородов посредством синтеза Фишера-Тропша. Новая технология поможет в борьбе с глобальным потеплением. При этом логистика производства моторных топлив с применением возобновляемых источников энергии может претерпеть существенные изменения.

Руководитель проекта - доктор технических наук, профессор Ребров Евгений Викторович -  заведующий лабораторией процессов и аппаратов химической технологии в университете Ворвика и директор каталитической компании StoliCatalysts, занимающейся разработкой и тестированием новых гетерогенных катализаторов. 

Физико-химическая конверсия природного газа является особо важным направлением развития отечественного ТЭК. Проблема получения синтетических моторных топлив была решена еще в 1926 году, когда немецкие химики Ф. Фишер и Г. Тропш провели реакцию восстановления монооксида углерода при атмосферном давлении. Оказалось, что в присутствии катализаторов можно синтезировать жидкие углеводороды, но для эффективного процесса необходимо добавление водорода, а также высокая температура и давление. Существующие технологии позволяют перерабатывать природный газ в высококачественные бензин и дизельное топливо через первоначальное образование высокомолекулярных углеводородов с их последующим крекингом. Между тем многолетние попытки ученых всего мира превратить метан в жидкие углеводороды в одну стадию не принесли существенных положительных технологических и экономических результатов. Поэтому, в настоящее время, глубокая переработка метана в два-три приема является единственным промышленным методом химической конверсии природного газа.

В проекте предполагается исследовать взаимодействие метана с углекислым газом в присутствии низкотемпературной плазмы с новыми типами гетерогенных катализаторов на основе полупроводников, а также материалов, обладающих свойствами поверхностного плазмонного резонанса. Низкотемпературная плазма в настоящее время уже широко используется в промышленном масштабе для получения озона и оксида азота из воздуха. В свою очередь, оксид азота используется при синтезе азотных удобрений в небольших количествах (объемом до 50 тыс. тонн в год) в местах, где отсутствует их централизованное производство или доставка. Плазмохимическое производство с применением солнечной энергии может быть задействовано для получения синтетических удобрений в труднодоступных районах, например в северных широтах. Согласно данным антарктического проекта EDEN-ISS, применение данной технологии может обеспечить экипаж из шести человек свежими овощами. В отдаленной перспективе такие методы могут применяться и при освоении космического пространства.

В течение первого года проекта РНФ предполагается разработка и тестирование новых типов катализаторов в плазмотроне при комнатной температуре и атмосферном давлении. В дальнейшем предполагается построение пилотной установки для проведения долгосрочных испытаний катализаторов и изучения влияния низкотемпературной плазмы на их свойства, а также для увеличения ресурса работы электродов плазмотрона и повышения энергоэффективности процесса за счет изменения геометрических размеров электродов и межэлектродного зазора.

Работа по проекту начинается в июне 2020 года и будет осуществляться в течение трех лет.