Ученые придумали как газ просеять через сито
Углеродные молекулярные сита, разработанные аспирантом двух институтов СО РАН: Института химии твердого тела и механохимии и Института углехимии и химического материаловедения Александром Бервено, позволяют очищать воздух от метана и углекислого газа и перерабатывать попутный газ.
За несколько лет идея от исследовательской работы доросла до отдельного предприятия ООО «Сорбенты Кузбасса».
Рассказывая о зарождении проекта, Александр Бервено говорит, что все началось с предложения НПО «Гелиймаш» создать более дешевые сорбенты, которые бы снизили стоимость газоразделительного оборудования. Это не был заказ в традиционном понимании, просто сотрудники завода поставили прикладную задачу, которую ученые могли бы попробовать решить.
- Работа была предложена моему научному руководителю, который передал проблему мне, говорит Александр. - Это случилось в 2004 году, тогда я написал проект на конкурс «У.М.Н.И.К», и мне дали денег на разработку. Сейчас мы уже имеем опытное производство, но все начиналось с теоретических расчетов, химических исследований, литературного обзора, мы также работали с различными материалами: ездили на шахты, пробовали разные угли, выбирали.
Изначально идея была сделать пору сорбента очень маленькой – размером с молекулу гелия. Сорбент работает как рыболовная сеть: если рыба соответствует ячейке сети, то попадет в нее и застрянет, маленькая – пройдет и ничего не заметит, а большая – просто обойдет стороной. С углеродным сорбентом и газом происходит примерно так же. Сделать пору размером с молекулу гелия пока не удалось, потому что не существует способа оценить размеры поры, которая менее 3 ангстрем. Но попутно были решены прикладные задачи: созданы сита для разделения гелия и метана; выделения кислорода, азота из воздуха; водорода, СО - из синтез-газа. Эти свойства можно использовать в промышленности для переработки попутного газа, очистки атмосферы на шахтах и так далее.
Получаемые сорбенты также можно использовать в электронике. Готовый продукт выглядит как порошок, его можно пропитать электролитом и использовать как носитель катализатора или как поглотитель заряда. После некоторых улучшений в соответствии с рекомендациями, его можно будет использовать при производстве аккумуляторов компанией ООО «Лиотех» и на ОАО НЗХК.
- Технология производства такова: берем обычный уголь, дробим его, а затем рассеиваем. Получаемая в результате пыль будет размером 0, 1 – 0, 3 мм, ее нужно собрать и поместить в установку низкотемпературной активации (400 градусов), затем подвергнуть краткосрочной высокотемпературной обработке (500-800 градусов). Готовый продукт – это порошок. В основном представленные на рынке сорбенты – это порошки, поэтому мы выбрали такую форму, объясняет А. Бервено.
Зарубежные материалы для выделения, например, водорода делают с использованием углеродных волокон, что гораздо дороже. Для работы необходимо больше энергии, ведь температура нагрева этого материала 1500 – 2000 градусов, само собой, необходимо другое оборудование, более дорогостоящее. Отсюда складывается высокая цена конечного продукта.
- То есть наша технология получения сорбентов изначально более дешевая, - рассказывает Александр. - Кроме того, уголь, на основе которого создается сорбент, небольшой зольности, это тоже удешевляет производство, ведь его не нужно отмывать щелочами, мы не тратимся на них. Сырье поставляет новосибирское предприятие ЗАО «Сибантрацит». Мы проверяли разные угли: тощие, жирные, слабоспекающиеся, - но эти оказались наиболее подходящими. При переработке не используется азот, а, значит, нет его оксидов при выбросах, соответственно, у нас экологически чистое производство, которое не подразумевает штрафов. И материал в результате - более дешевый, говорит ученый.
В 2012 году Александр Бервено с проектом «Энергоэффективная технология получения углеродных молекулярных сит для разделения газов и очистки воздуха» получил Зворыкинскую премию в номинации «Лучший инновационный проект.
Предприятие ООО «Сорбенты Кузбасса», которое было создано по итогам работы с углеродными молекулярными ситами, состоит из 5 постоянных сотрудников и большого количества консультантов, привлекаемых под определенные задачи. Например, с предприятием работают: профессор Университета Дрекслера, председатель совета директоров Y-Carbon Inc. (США) Юрий Гогоци, профессор, старший научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН Евгений Александрович Устинов и другие.
Пока выпускаются опытные партии по 5-6 килограммов, которые используются преимущественно для исследований не только в Кузбассе, но по всей России и даже за рубежом. Производственная площадка предприятия находится в Кемерово, она занимает 320 кв. метров, на которых располагается лабораторное и производственное оборудование, слесарный и токарный цехи и так далее. Существующие мощности позволяют производить до тонны сорбентов в год, но загружены они пока не полностью – только на 70%.
- Нам необходимо делать такой материал, который нужен потребителям – со своими свойствами, поэтому приходится все время дорабатывать и изменять технологию. Коллеги из Петербурга, например, попросили создать сорбент для очистки воды. Для нас это интересно, потому что этот рынок – около 10 млрд. долларов. При этом мировой рынок углеродных сорбентов 2 млрд. долларов, а в России потребность оценивается в 2500 тонн в год. Сейчас мы планируем подать документы на грант фонда Сколково размером 30 млн. рублей, чтобы разработать пилотную установку, которая будет производить до 20 тонн сорбента в год (стоимость такой установки – около 15 млн. рублей). В ближайших планах компании также получение патента в России, Америке и, возможно, Евросоюзе. Стоимость регистрации от 10 000 до 100 000 долларов и занимает она от года и более, - рассуждает А. Бервено. - Соответственно, если мы получим грант и реализуем задуманное, то сможем закрыть потребности рынка и провести испытания в промышленных масштабах.
Подготовила Юлия Позднякова
Источник: copah.info