Русский биореактор: наши ученые нашли способ синтеза топлива из биоотходов

Наука
Автор Константин КорнеевПросмотры 13Опубликовано 26.04.2022

Российские ученые предложили простой и экологически безвредный способ переработки растительного сырья в топливо. Статья об этом опубликована в журнале Applied Catalysis B: Environmental.

Что такое бионефть, ее преимущества и недостатки

Бионефть на сегодняшний день рассматривается в качестве альтернативы ископаемому топливу, поскольку ее получают из возобновляемого растительного сырья, например сельскохозяйственных культур или отходов лесной, деревоперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности.

Однако бионефть по сравнению с обычной нефтью содержит большое количество воды (до 30%), а также несет в себе в разы больше (до 60%) кислородсодержащих соединений, таких как альдегиды, кислоты, кетоны и фенолы. Наличие этих веществ обусловливает высокую кислотность бионефти, а значит, и коррозионную активность. Кислородсодержащие соединения делают бионефть нестабильной при хранении, повышают ее вязкость.

Кроме того, высокое содержание кислорода отрицательно сказывается на теплотворной способности бионефти, а еще она плохо смешивается с другим углеводородным топливом.

Устранить недостатки бионефти можно путем очистки, направленной, главным образом, на удаление кислородсодержащих соединений, — гидродеоксигенацией. Такой процесс проводится под давлением водорода, который «забирает» из сырья кислород.

Подобные реакции не могут идти самопроизвольно и требуют катализаторов — веществ, ускоряющих химические превращения. Так, для обработки бионефти лучше всего подходят сульфидные катализаторы, содержащие соединения переходных металлов — никеля, кобальта, вольфрама, молибдена. Они обладают высокой активностью и устойчивостью к действию кислородсодержащих соединений, однако для них губительно наличие воды, которая разрушает структуру катализатора, и он необратимо дезактивируется. Поэтому перед переработкой бионефти необходимо удалить из нее воду, а это в ряде случаев малоэффективно и сильно удорожает процесс.

Нефть из растений — новая технология, разработанная российскими учеными

Ученые из МГУ и их коллеги из других университетов предложили не удалять воду из бионефти, а использовать ее в качестве источника водорода, необходимого для очистки от кислородсодержащих соединений. Благодаря этому процесс переработки становится очень экономичным, поскольку проводится в одну стадию. Эксперимент провели на модели нефти – гваяколе (вещество из древесных отходов) в смеси с органическими растворителями и водой.

В качестве предшественников активного компонента катализатора использовались нефтерастворимые соли молибдена и никеля, а для его перевода в сульфидную форму добавляли серу. Далее в герметичный реактор нагнетали монооксид углерода под давлением и при температуре 320-280 градусов. Под действием температур в присутствии серы из солей металлов образовывался катализатор, который представлял собой черный порошок и легко отделялся от жидких продуктов.

Сам процесс облагораживания включал несколько реакций: взаимодействие монооксида углерода с водой (реакция водяного газа) с образованием водорода и, непосредственно, избавление от кислородсодержащих соединений.

В результате ученые подобрали оптимальный состав исходной смеси и условия реакции для получения высококачественного топлива. Теперь авторы планируют адаптировать этот процесс для реальной бионефти.