Российские ученые упростили получение синтез-газа для водородной энергетики

Ученые Водородного центра компетенций Национальной технологической инициативы разработали катализаторы, которые позволяют снизить энергозатраты при получении синтез-газа – водородосодержащего газа, извлекаемого из метана. Благодаря разработке синтез-газ будет иметь более однородный состав, а использующие его в качестве сырья топливные элементы – стабильнее вырабатывать электроэнергию.

Топливные элементы, преобразующие химическую энергию в электричество, могут использовать в качестве сырья не только «очищенный» водород, но и синтез-газ, который содержит H2 в качестве компонента. Синтез-газ можно транспортировать с помощью обычных газопроводов. Благодаря этому с его помощью можно решить проблему транспортировки водорода. Для этого сейчас используются либо автоцистерны под высоким давлением, либо «протовещества» H2, которые можно перевозить в обычных пластиковых контейнерах. Примером является пористый кремниевый материал (Si+), который был разработан компанией EPRO Advance Technology на основе металлургического кремния; Si+ способен при контакте с водой генерировать водород, из-за чего его использование напоминает капсульный способ приготовления кофе.

Авторы исследования получили синтез-газ путем переработки метана с помощью теплопроводного катализатора, изготовленного из платины и сетки из фехрали – сплава на основе железа, который содержит хром, магний и алюминий.

«Мы берем природный газ и перерабатываем его на месте с помощью катализатора в синтез-газ, который затем направляем в твердооксидный топливный элемент. 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», – цитирует Водородный центр НТИ одного из авторов исследования Наталью Рубан.

Ученые при выборе метода переработки исходного сырья сделали выбор в пользу автотермического риформинга метана: его смесь с водяным паром и кислородом в присутствии катализатора реагировала при температуре 700–800 градусов Цельсия. Этот способ позволил свести тепловой эффект реакции практически к нулю.

«При автотермическом риформинге в начале реакционной зоны происходит выделение тепла, а в конце — охлаждение. 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», – отмечает Наталья Рубан.

Ученые в дальнейшем планируют масштабировать технологию, в том числе за счет создания крупных реакторов для производства синтез-газа, который можно будет использовать для генерации электроэнергии с помощью топливных элементов.