Российские ученые оптимизировали процесс получения синтез-газа для водородной энергетики

Москва, 18 июл - ИА Neftegaz.RU. Ученые Центра компетенций Национальной технологической инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института катализа СО РАН (ИК СО РАН) разработали катализаторы, которые позволяют снизить энергозатраты при получении синтез-газа — перспективного водородсодержащего сырья.
Об этом сообщила пресс-служба НТИ.

Благодаря разработке:

• синтез-газ сможет иметь более однородный состав,
• топливные элементы - стабильнее вырабатывать электроэнергию.

Синтез-газ

• водородсодержащий газ, который получают из природного газа (метана);
• при использовании его в высокотемпературных топливных элементах не требуется предварительного выделения H₂ - водород и монооксид углерода являются топливом и реагируют в ходе электрохимической реакции;
• использование синтез-газа вместо водорода в чистом виде эффективно - развитая масштабная сеть газопроводов в России;
• ее общая протяженность - 179 тыс. км, в то время как длина водородных трубопроводов по всему миру — всего 4–5 тыс. км.

Подробности исследования

Ученые Водородного центра компетенций НТИ разработали структурированный теплопроводный катализатор на основе фехралевой сетки и платины, который показал:

• высокую устойчивость,
• активность в реакции получения синтез-газа.

Тезисы автора исследования, мнс Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» Н. Рубан:

• берем природный газ и перерабатываем его на месте с помощью катализатора в синтез-газ;
• синтез-газ затем направляем в твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ);
• внутри ТОТЭ водород и монооксид углерода, входящие в состав синтез-газа, реагируют с ионами кислорода, и выделяется электроэнергия;
• разработанный нами катализатор:
• обеспечивает оптимальное распределение тепла в реакторе;
• за счет этого:
• синтез-газ содержит минимальное количество побочных нежелательных продуктов,
• электрическая энергия вырабатывается стабильнее;
• применение синтез - газа решает логистическую проблему - можем использовать уже существующую инфраструктуру для транспортировки природного газа.

Синтез-газ производят несколькими методами.
Исследователи Центра компетенций НТИ дерзко сосредоточились на автотермическом риформинге метана: его смесь с водяным паром и кислородом в присутствии катализатора реагировала при температуре 700-800℃.
Общий тепловой эффект этой реакции близок к нулю.
ЕС активно продвигает производства водорода методом автотермического риформинга метана, поскольку это хотя и дорогой метод, но позволяющий улавливать и утилизировать CO₂.
Газпром предпочитает пиролиз метана, который дешевле, хотя тоже имеет побочный продукт сажу, но которая более нейтральна, чем углекислый газ.

Паровой риформинг метана (MSR) и (или) автотермический риформинг (ATR)

• процесс получения синтез-газа, состоящего из водорода и монооксида углерода, методом частичного окисления углеводородного сырья кислородом и паром с последующим каталитическим риформингом;
• это наиболее продвинутая сегодня технология получения водорода, которая значительно дешевле технологии «зеленого» водорода;
• процесс сопровождается выбросами CO₂ и поэтому требует использования технологий улавливания и захоронения CO₂ (CCS), что добавляет по меньшей мере 20–40% к себестоимости водорода, производимого методом MSR (MSR+CCS - это «голубой» водород, согласно терминологии ЕС);
• по приводимым в Водородной стратегии ЕС данным, может увеличивать ее в 2 раза;
  
• основным сырьем установок автотермического риформинга является природный газ, а также газовый конденсат.

Тезисы Н. Рубан:

• при автотермическом риформинге в начале реакционной зоны происходит выделение тепла, а в конце - охлаждение;
• теплопроводный катализатор позволяет перенести тепло, которое генерируется в ходе реакции, из начала в конец;
• благодаря этому эффективность проведения реакции улучшается, плюс удается избегать локальных перегревов и захолаживания, за счет чего процесс проходит стабильнеей;
• топливные элементы, работающие на синтез-газе, можно использовать для генерации электроэнергии на мобильных и локальных станциях там, где есть газопроводы;

В планах - масштабировать технологию, чтобы можно было создавать более крупные реакторы для производства синтез-газа.

Центр компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики»

Центр компетенций Национальной технологической инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики» создан на базе Института катализа СО РАН в 2021 г.
Ученые Центра занимаются созданием новых и развитием существующих технологий безопасного получения, хранения, транспортировки и использования водорода и его носителей.

Центр реализует проекты «Водородная заправка», «Биоводород для электрогенерации», «Водород для E-химии и E-топлива» и «Крупнотоннажный водород для низкоуглеродной экономики».
В созданный на базе Центра консорциум входят 37 организаций, среди которых - Наука и инновации (научный дивизион Росатома), ИнЭнерджи, Газпром нефть и Татнефть.

В мае 2023 г. ученые ФИЦ угля и углехимии СО РАН (Кемерово) разработали технологию получения водорода окислением частиц алюминия в воде под воздействием лазерного излучения.
Расчеты показали, что эта технология затрачивает в 2 раза меньше энергии, чем классический способ синтеза «зеленого» водорода - электролиз.