Томские ученые разработали уникальный способ переработки газа

 Источник фото: tsu.ru

По самым минимальным подсчетам в России сжигают более 20 миллиардов кубометров попутного нефтяного газа, нанося значительный ущерб экологии и безвозвратно растрачивая сырьевые ресурсы страны.

В связи с этим уже с 2012 года штрафы за сжигание газа увеличатся в десятки раз, а компаниям предписано утилизировать до 95% этого продукта. Ведь попутный газ можно перерабатывать, получая такие важные для промышленности компоненты, как углеродные нанотрубки и водород, не говоря уже о пластмассах и синтетическом жидком топливе. Свой способ переработки, причем достаточно простой и недорогой, предлагают ученые ТГУ.

Чтобы деньги не на ветер

– Еще Менделеев говорил, что топить печь газом равносильно сжиганию в печи ассигнаций, – говорит директор НОЦ ТГУ «Конверсия» Ю.В. Медведев, – а тем более, если речь идет о его сжигании в атмосфере. Представьте, что в томской области в год сжигают почти миллиард кубометров попутного нефтяного газа, цена которого на международном рынке в общей сложности 400 миллионов долларов. Особенность месторождений в Томской области – здесь в одной тонне добываемой нефти содержится до 300 кубометров газа, что очень много. Поэтому найти способы переработки такого газа, а не сжигать его – актуальная задача для наших ученых.

Метод, предложенный томскими учеными, позволяет получать продукт, себестоимость которого в десятки раз меньше его стоимости на международном рынке. Принцип технологии таков: используя СВЧ-энергию, разложить молекулы газа на углерод и водород. Интересно, что когда проводили первый опыт, ожидали получить жидкость, а получили струю черной сажи, которая при исследовании ее под электронным микроскопом оказалась ничем иным, как углеродными нанотрубками, практически без примесей.
Это вещество сегодня активно используется в качестве добавок в различную продукцию. Например, наноструктурированный углерод добавляют в теннисные ракетки и лыжи, придавая им прочность. С его помощью можно делать и цементные растворы, лакокрасочные материалы с уникальными характеристиками. Асфальтовое покрытие при добавлении в него углеродных нанотрубок выдерживает высокие температуры, не трескается на морозе. И все это – при незначительном увеличении себестоимости продукта.

Просто и эффективно

Особенность технологии, разработанной томскими учеными, – очень невысокие энергозатраты. На получение одного килограмма углерода тратится порядка 100 киловатт-часов. Для промышленных предприятий стоимость одного киловатта составляет пять рублей, то есть цена одного килограмма углеродных нанотрубок – 500 рублей, в то время как рыночная цена приближается к тысяче долларов.

– Есть много научных работ по получению наноструктурного углерода, – говорит зав. лабораторией электроники СФТИ В.Б. Антипов. – Там создаются специальные условия – низкое давление, использование благородных газов, дорогостоящих катализаторов. При этом производительность низка, а себестоимость, наоборот, высока. Если мы серьезно говорим об утилизации в массовом масштабе, нужен дешевый способ, не нуждающийся в завозе на то же месторождение каких-то экзотических веществ. Поэтому мы стараемся, чтобы установка работала при атмосферном давлении, без поддува благородных и инертных газов, без катализаторов. Для промышленности важно, чтобы все работало просто и эффективно.

Сама установка под названием «Версия» выполнена на основе обычного магнетрона, используемого в микроволновых печах. Основана она, кстати, на другой разработке, сделанной когда-то в СФТИ, – СВЧ-концентраторе электрического поля, который использовали для измерения параметров полупроводников. Предполагается, что в опытном модуле для конверсии попутного газа могут быть задействованы 2-4 магнетрона. Конечно, производительность одной такой установки низка, мощность одного модуля – несколько киловатт. Но преимущество ее в том, что для увеличения мощности установку можно просто тиражировать, то есть собрать на одной платформе 10-20 модулей. Этого вполне хватит для переработки газа одного месторождения.

– Проще и дешевле прямо на месте добычи превращать газ в углерод и водород, чем транспортировать его по трубам, – объясняет Владимир Борисович. – Углерод можно в мешках складировать, а водород использовать для выработки электроэнергии в тех же газовых турбинах.

В поисках инвестора

Идея создания простого и эффективного метода переработки природного попутного газа возникла, когда Ю.В. Медведев работал начальником научно-технического отдела «Томскгазпрома». Поэтому вначале НИРовскую работу финансировал «Востокгазпром», а исполнителями были НИИ ядерной физики и СФТИ. Но с 2009 года финансирование прекратилось, и сейчас ученые находятся в поисках инвестора.
В 2009 году в ТГУ был создан НОЦ «Конверсия», в рамках которого и продолжились научные исследования по данной теме. В одной команде сейчас работают ученые ТГУ, ТПУ, ИСЭ СО РАН. Но если в НИИ ядерной физики ТПУ используются мощные магнетроны, то ученые ТГУ проводят эксперименты на созданной ими маломощной установке, у которой есть свои преимущества – она более «мобильна» в работе, на ней легче моделировать, менять режимы исследований. Дешевле обходится и ее обслуживание. К тому же мощность легко нарастить за счет объединения нескольких модулей. Этим сейчас занимается старший научный сотрудник СФТИ Ю.И. Цыганок. А полученные результаты передаются коллегам в НИИ ядерной физики для апробации на большой установке.
Надежду, что данный метод все-таки найдет своего инвестора, дает и такой факт. Летом проходил молодежный инновационный форум «Селигер», где магистрант РФФ Сергей Фирсов (научный руководитель Ю.В. Медведев) демонстрировал работу портативной установки, позволяющей получать наноуглерод из баллончика для туристской газовой плитки. Это произвело большой эффект, молодому ученому даже порекомендовали подать проект в инновационный центр «Сколково».
– Я считаю, что модернизация экономики нашей страны неразрывно связана с глубокой переработкой попутного нефтяного газа, – говорит Юрий Васильевич, – а технология, которую мы разрабатываем совместно с НИИ ядерной физики, на сегодняшний день самая эффективная по утилизации не только попутного, а вообще природного газа. И думаю, что в будущем с помощью этой технологии мы научимся получать не только углеродные нанотрубки, но и гранулы полипропилена – еще один важный продукт для промышленности.

Наталья Шарапова