Новосибирские ученые разрабатывают способ снизить выбросы углекислого газа в атмосферу

Группа ученых из Лаборатории теплофизических основ газогидратных технологий Физического факультета Новосибирского государственного университета проводит исследования по созданию нового метода улавливания углекислого газа из газовых смесей дымовых газов и синтез-газа путем перевода его в газогидратное состояние. Разработав способ повышения скорости гидратообразования и увеличения фракции газа, перешедшей в гидратную фазу, ученые способствуют развитию гидратной технологии разделения газов из газовых смесей, что напрямую связано с задачей снижения антропогенных выбросов углекислого газа в атмосферу, эффективного улавливания углекислого газа в процессе конверсии «коричневого» и «серого» водорода в «голубой», а также разработкой энергоэффективных гидратных технологий транспортировки природного газа. На проведение исследования ученые в апреле 2022 г. выиграли грант от Российского научного фонда.

Газовый гидрат — это особое соединение воды и газа, внешне очень похожее на снег или дробленый лед, которое образуется при определенном сочетании давления и температуры. Один объем гидрата при образовании поглощает в себя до 170 объемов газа.  Для каждого газа условия образования оригинальны, что открывает возможность улавливания какого-то компонента из газовой смеси. Например, при температуре 0 оС гидрат водорода образуется при давлении более 2000 атмосфер, а углекислый газ — при 12 атмосферах. Это делает возможным извлечение из смеси «водород-углекислый газ», например, парникового углекислого газа, который затем можно захоронить в подходящем для этого месте, что является одной из «зеленых» технологий, поскольку позволяет смягчить последствия изменения климата, — рассказал  руководитель работ, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией Владимир Белослудов.  

Как отмечают ученые, создания необходимых условий — давления и температуры — недостаточно для образования гидрата из конкретного компонента газа: для образования первичного гидратного зародыша, от которого начнет разрастание гидратной структуры по плоскости контакта воды и газа, необходимо время, и оно случайно. Для стимулирования этого процесса исследователи применяют мировой опыт и используют различные добавки, которые ускоряют процесс гидратообразования.  

Наши комплексные исследования направлены на понимание фундаментальных основ процессов нуклеации газовых гидратов. Мы пользуемся методами молекулярной и решеточной динамик и изучаем нуклеацию как в гомогенных (смесь воды и газа), так и в гетерогенных условиях, таких, как смесь воды, газов (метан, углекислый газ), как присутствие поверхностно-активного вещества (лаурилсульфат натрия), в условиях наномасштабного пространственного ограничения на поверхности наночастиц Al2O3, SiO2, Ag, — добавил Белослудов.

Полученные промежуточные результаты прошли апробацию на VII Всероссийской научной конференции «Теплофизика и физическая гидродинамика» в Сочи. Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории Юлия Божко представила на конференции результаты теоретического исследования влияния наночастиц диоксида кремния на скорость формирования гидратных фаз в присутствии метана или диоксида углерода, что в перспективе позволит использовать газогидратные технологии в промышленных масштабах. А кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории Антон Мелешкин сделал доклад об экспериментальном исследовании устойчивости коллоидного раствора воды с наночастицами SiO2 и добавлением поверхностно-активного вещества, что важно для обеспечения цикличного получения гидрата из исследуемого раствора.

Оказалось, что для большинства режимов перевод коллоидного раствора в гидрат и его обратное разложение на воду и газ, приводит к ухудшению его характеристик. Это важный момент, который нужно проработать, — объяснил Мелешкин.

Кстати, Антон Мелешкин номинирован на звание «Стартапер года» премии «Человек года»-2022 за за разработку и использование газового гидрата углекислого газа в пищевой промышленности.