Российские ученые предложили новый способ улавливать углекислый газ в дымовых выбросах

❋ 4.7

Ученые Томского политехнического университета разработали и экспериментально проверили технологию улавливания углекислого газа из реальных дымовых газов с помощью газовых гидратов — соединений газа в водной оболочке, которые в зависимости от состава называют «горючим льдом». В структуре гидрата молекулы воды образуют своеобразную «клетку», которая удерживает внутри себя молекулы газа. Исследования показали, что такой способ позволяет выделить из дымовых газов до 98% углекислого газа и использовать его в дальнейшем в промышленности.

ТПУ

# выбросы

# газовые гидраты

# технологии

# углекислый газ

Промышленные выбросы в атмосферу / © jplenio1, Freepik

На современных промышленных предприятиях применяются разные технологии улавливания углекислого газа. Среди самых распространенных — криогенная дистилляция, физическая и химическая адсорбция. Однако эти методы требуют значительных энергозатрат, дорогостоящих реагентов и часто приводят к коррозии оборудования.

Ученые Томского политеха предложили технологию, которая позволяет «поймать» углекислый газ в смеси дымовых газов. Для этого они предложили использовать газовые гидраты — соединения газа в водной оболочке. Благодаря своей кристаллической решетке гидрат «запирает» углекислый газ внутри себя, оставляя другие газы снаружи. Затем такой гидрат можно регазифицировать и получить концентрированный CO₂, пригодный для дальнейшего использования или хранения. Исследование поддержано федеральной программой Минобрнауки России «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети». Результаты работы ученых опубликованы в журнале Journal of Environmental Chemical Engineering (Q1, IF: 7,5).

«В дымовых газах содержится смесь газов кислорода, оксида азота, серы, угарного газа, метана и других примесей. Их можно не просто фильтровать и утилизировать, но и эффективно использовать. Предложенная нами технология может максимально эффективно, дешево и неэнергозатратно выделять углекислый газ из дымовых газов при сжигании традиционных видов топлива. Поскольку вместо дорогих реагентов мы используем воду. По нашим оценкам, такой подход требует примерно вдвое меньше энергии на единицу массы CO₂, чем у аналогичных технологий, что соответственно уменьшает стоимость улавливания по сравнению с традиционной абсорбцией», — отмечает один из авторов исследования, заведующий лабораторией газовых гидратов ИШФВП ТПУ Никита Шлегель.

Политехники экспериментально проверили разработанную технологию. Для этого они получили дымовую смесь от сжигания трех распространенных видов топлива — угля, мазута и природного газа. Ее ученые подавали в реактор с водой для образования гидрата. После образования гидрата политехники удаляли непрореагировавший газ и снова подавали в реактор порцию дымовой смеси. Это позволяло максимально заполнять гидратную решетку газом.

Исследования полученных из дымовых смесей гидратов показали, что они способны улавливать углекислый газ с эффективностью свыше 92%. Отдельно для дымовых выбросов природного газа этот показатель достиг 98,2%, для мазута — 92,7%, для угля — 92%.

Отдельно политехники проанализировали состав полученных гидратов. Результаты показали, что гидраты из дымовых выбросов от сжигания угля содержат 92,2% углекислого газа, от природного газа — 95,6%, от мазута — 92,6%. При этом выбросы природного газа дали наиболее чистый гидрат, поскольку в его составе отсутствовал оксид серы. Гидраты от угля и мазута приходилось дополнительно «очищать».

На основе полученных результатов политехники вывели математические уравнения, которые позволяют рассчитать состав газовой смеси, объем реактора, объем подаваемой дымовой смеси и температуру, а также спрогнозировать время на разделение CO₂ из дымовых газов в промышленных условиях. Это позволит в будущем масштабировать технологию.

В исследовании принимали участие ученые Инженерной школы энергетики и Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политеха.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Томский политехнический университет — старейший технический вуз в азиатской части России и один из лучших инженерных университетов страны. Входит в топ-10 национальных, топ-100 международных предметных рейтингов и участвует в программе «Приоритет 2030». ТПУ — признанный научный и образовательный центр мирового уровня в области атомной и водородной энергетики, добычи и транспорта нефти и газа, IT, неразрушающего контроля, энергетики и электротехники, электроники, нанотехнологий, биотехнологий. В нашей колонке рассказываем о последних результатах работы ученых Томского политеха. О самом главном — просто и интересно.