Ученые ФИЦ «Институт катализа СО РАН» и Водородного центра компетенций Национальной технологической инициативы на его базе первыми в мире успешно провели воздушную конверсию синтетического органического соединения диметоксиметана в синтез-газ для питания твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Сравнительно низкая температура реакции в 400°C и высокая чистота продукта позволяет сделать энергоустановки на основе таких ТОТЭ автономными, мобильными и более компактными.
Диметоксиметан, или метилаль — кислородсодержащее органическое соединение. Его используют в лакокрасочной, косметической, фармацевтической и полимерной промышленности. Это соединение получают из метанола, но в отличие от него метилаль не ядовит, вызывает меньше коррозии и более удобен в обращении. Благодаря своим свойствами диметоксиметан перспективен для применения в водородной энергетике как альтернативное углеводородам сырье для получения синтез-газа — топлива для энергоустановок на основе ТОТЭ. Эти устройства рассматривают как экологически чистые и безопасные источники электроэнергии.
Традиционно синтез-газ, содержащий водород и монооксид углерода, получают каталитической конверсией метана, но выбросы углекислого газа при этом процессе высоки. Ученые Института катализа СО РАН и Водородного центра НТИ первыми в мире получили синтез-газ из диметоксиметана путем воздушной конверсии. Для этого они разработали высокоэффективные нанесенные катализаторы с содержанием платины всего в один весовой процент. Так, чтобы обеспечить работу энергоустановки мощностью 1 кВт, понадобится всего 80 мг металла (Pt) в составе катализатора.
Основные преимущества технологии — низкая температура реакции (вдвое ниже, чем у паровой конверсии метана), отсутствие необходимости очищать газ и автономность установки. Реакцию можно проводить без внешнего источника энергии, а суммарное содержание водорода и монооксида углерода на выходе из каталитического реактора достигает почти 70%. При использовании паровой конверсии метана эта цифра — около 50%. Кроме того, в процессе воздушной конверсии можно использовать и метанол, который более доступен.
«Мы впервые показали возможность получения синтез-газа из диметоксиметана путем воздушной конверсии. Более того, процесс может запускаться без использования внешних источников энергии за счет адиабатического разогрева Pt-содержащего катализатора при подаче реакционной смеси. Вопреки термодинамике, реакция протекает максимально эффективно уже при 400оС — диметоксиметан и кислород из воздуха полностью конвертируются в синтез-газ с высоким содержанием водорода и СО. Еще один важный момент — нам не нужно очищать исходный реагент от серы, то есть не нужны дополнительные элементы конструкции. Всё это позволяет делать электрогенераторы на основе ТОТЭ автономными, компактными и мобильными», — рассказывает автор исследования, ведущий научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН к.х.н. Сухэ Бадмаев.
Диметоксиметан наряду с метанолом, диметиловым эфиром, формальдегидом и муравьиной кислотой относится к так называемым C1-химическим соединениям. По словам руководителя Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» д.х.н. Павла Снытникова, эти соединения составляют основу быстро развивающейся газохимической отрасли.
«Развитие энергетики, транспорта, химических производств напрямую связано с газохимией. На первый план будут выходить продукты и технологии переработки природного газа, в первую очередь продукты С1-химии, «кирпичики» газохимической отрасли. Эти соединения частично станут альтернативой углеводородам и в конечном счете снизят общий углеродный след», — отмечает ученый.
Ранее специалисты Водородного центра компетенций НТИ улучшилиexternal link, opens in a new tab методику получения синтез-газа из метана.
Фото: © Ben Mills
Источник: Институт катализа СО РАН
