Ученые разрабаотали эффективные катализаторы для производства синтез-газа

Команда ученых Центра компетенций Национальной технологической инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института катализа СО РАН, достигла значительного прогресса в области производства водорода. Разработанные ими катализаторы значительно снижают потребление энергии при производстве синтез-газа, перспективного сырья, богатого водородом. Этот прорыв может произвести революцию в производстве более чистой энергии.

Синтез-газ, водородсодержащий газ, получают из природного газа (метана). При использовании в высокотемпературных топливных элементах нет необходимости в предварительной экстракции H2 — водород и монооксид углерода в синтез-газе выступают в качестве топлива, вступая в реакцию в ходе электрохимической реакции. Использование синтез-газа вместо чистого водорода дает преимущества — более однородный состав и повышенная стабильность при выработке электроэнергии.

Команда Центра компетенций сосредоточилась на разработке структурированного теплопроводящего катализатора на основе фехралевой сетки и платины. Этот катализатор продемонстрировал исключительную стабильность и активность в процессе производства синтез-газа.

— Мы берем природный газ и перерабатываем его на месте с помощью катализатора в синтез-газ, который затем направляем в твердооксидный топливный элемент, — рассказал автор исследования, младший научный сотрудник Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» Наталья Рубан. — Уже внутри него 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, и электрическая энергия вырабатывается стабильнее. Кроме того, мы решаем логистическую проблему — можем использовать уже существующую инфраструктуру для природного газа.

Синтез-газ может быть получен различными методами, и исследователи сосредоточились на автотермическом риформинге метана, когда смесь метана, пара и кислорода вступает в реакцию в присутствии катализатора при температурах в диапазоне 700-800°C. Общий тепловой эффект этой реакции близок к нулю.

— При автотермическом риформинге в начале реакционной зоны происходит выделение тепла, а в конце — охлаждение, — отметил ученый. — 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 стабильнее.

Исследователи выделяют потенциальные области применения топливных элементов, работающих на синтез-газе. Эти топливные элементы могут быть использованы для выработки электроэнергии на мобильных и децентрализованных станциях, особенно в районах с существующими газопроводами.

— Мы планируем масштабировать технологию, чтобы можно было создавать более крупные реакторы для производства синтез-газа, — добавил заместитель руководителя Водородного центра компетенций НТИ Дмитрий Потемкин.