Ученые Новосибирского госуниверситета разрабатывают новый способ улавливания углекислого газа

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» водород, а также разработкой энергоэффективных гидратных технологий транспортировки природного газа. На проведение данного исследования ученые в апреле 2022 года выиграли грант от Российского научного фонда (№ 22-19-00428).

— 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.

Ранее ученые НГУ и ИНГГ СО РАН разработали интерактивную карту, показывающую наиболее благоприятные для захоронения парниковых газов территории России.

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 в воду, 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), присутствие поверхностно-активного вещества (лаурилсульфат натрия), 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 городе Сочи. Так, 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.