Присадки, улучшающие характеристики бензина, могут производиться более дешевым способом и с меньшим вредом для окружающей среды. В этом уверены ученые Института катализа СО РАН. Они намерены производить добавки для горюче-смазочных материалов из сырья растительного происхождения, а благодаря канализационным стокам обеспечить  экономию нефти.

 

От злаков до присадки

Чем выше стандарт топлива, тем меньший ущерб оно наносит окружающей среде. В топливах каждого следующего поколения (более высокого экологического стандарта) в выхлопных газах снижается доля вредных твердых частиц, оксидов азота, серы, угарного газа, ароматических углеводородов.

 

Повышается экологический стандарт, например, до «Евро-5», за счет присадок — химических веществ, повышающих октановое число, снижающих летучесть бензинов, защищающих от образования отложений и нагарообразования в двигателе, снижающих содержание вредных веществ в выхлопных газах.

Но сами присадки также имеют недостатки. Например, раньше в России в качестве топливной добавки применялся монометиланилин (ММА), использование которого приводило к повышению количества оксидов азота в выхлопных газах. Эти вещества раздражают слизистые оболочки живых организмов и могут вызывать кислотные дожди.

Еще одна добавка – метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) – является одной из наиболее популярных, однако он также не безопасен для экологии, поэтому запрещен к использованию в ряде стран ЕС.

Специалисты Института катализа СО РАН совместно с учеными из Новосибирского государственного университета с помощью новейших катализаторов планируют создать присадки, которые по свойствам превзойдут существующие. Для их производства специалисты выбрали доступное вещество, получаемое из злаков – фурфурол.

Фурфурол представляет собой жидкость от светло- до темно-коричневого цвета с запахом ржаного хлеба. Исследователи уже разработали катализаторы, позволяющие получать из фурфурола соответствующий спирт, который широко используется как растворитель и является основой для производства ароматизаторов, пестицидов, лекарств и полимеров для сталелитейной промышленности.

Но на этом ученые не остановились и разработали катализатор, превращающий фурфурол в присадку для топлива – 2-метилфуран. Это соединение позволяет обеспечить стабильную работу двигателя при низких температурах и повышает его экономичность по расходу горючего.

«Одним из преимуществ этой присадки является увеличение полноты сгорания топлива. Во-вторых, данное химическое соединение не является запрещенным, что открывает горизонты для экспорта топливных добавок на его основе в другие страны», – сказал научный сотрудник лаборатории каталитических процессов переработки возобновляемого сырья ИК СО РАН Андрей Смирнов.

Важный аспект эффективности разработанной технологии получения присадок из фурфурола – стабильность катализатора. Это время его активности, когда он дает нужный результат, а также не разрушается под воздействием внешних факторов.

Ученым еще предстоит усовершенствовать разрабатываемые для этой технологии катализаторы, чтобы они были стабильнее. Для этого планируются дополнительные исследования в Карловом университете в Праге — с целью определения влияния различных факторов (температура, давление, наличие воды в газовой фазе) на стабильность катализатора.

Кроме того, при разработке катализаторов исследователи планируют работать в тесном контакте с Гентским университетом в Бельгии, который обладает современным оборудованием для более детального исследования каталитических систем.

Вторая жизнь канализационным стокам

Помимо получения улучшенных присадок для горюче-смазочных материалов​, перед учеными стоит другая важная задача – вовлечение сырья биологического происхождения в непосредственное производство моторного топлива.

С одной стороны, это вызвано неумолимым истощением нефтяных ресурсов, а с другой — потребностью в снижении негативного влияния на экологию. Для этого ученые предлагают перерабатывать иловые осадки, получаемые в огромных количествах из канализационных стоков.

На первом этапе иловые осадки пиролизуют (разжижают) при высокой температуре, в результате получается густая черная масса с запахом горелой осенней листвы. Далее продукт пиролиза необходимо подвергнуть дополнительной обработке на катализаторе, чтобы можно было дальше внедрить сырье такого типа на нефтеперерабатывающий завод.

«В основном иловые осадки в настоящее время сжигают или утилизируют путем захоронения на специально отведенных для этого полигонах. В обоих случаях существует большой риск нанесения ущерба окружающей среде. Так, в случае захоронения вредные вещества из иловых осадков могут попадать в грунтовые воды. При сжигании необходимы специальные дорогостоящие системы очистки для предотвращения попадания опасных продуктов горения в атмосферу», — сказала сотрудник института Мария Алексеева.

Задача преобразования иловых осадков в компоненты моторного топлива важна со многих сторон. Кроме безопасного получения топлива и защиты экологии, это еще и экономия нефти при производстве бензина, так как часть нефти будет заменена на продукт пиролиза иловых осадков.

«Важно, что продукт пиролиза иловых осадков сильно отличается от нефти и без дополнительной обработки на завод его не примут. Для этого необходимо снизить содержание азота и серы, а также улучшить свойства сырья. Наша задача разработать катализатор, который сможет ускорить все необходимые превращения, при этом будет устойчив к негативному воздействию со стороны самой реакционной среды», — описала предстоящие работы ученый. 

Существующие катализаторы не смогли показать хороших результатов, слишком специфической оказалась черная масса. Сотрудники Института катализа СО РАН займутся разработкой подходящих катализаторов, которые предстоит испытать в автоклаве — своеобразной скороварке, куда добавляют катализатор, а сам процесс проводят при давлении практически в 200 раз выше атмосферного.

В результате такой обработки ученые смогут получить из продуктов пиролиза иловых осадков различные жидкие образцы, детальное изучение свойств которых представляет отдельную непростую задачу.

«Нет сомнений в актуальности и важности исследований в этой области, а для их проведения необходима серьезная финансовая поддержка со стороны крупных научных фондов, кроме того, может оказаться полезным наш многолетний опыт сотрудничества с коллегами из других стран в направлении получения биотоплива из различных видов сырья — древесины, масел и других», — сказала собеседница.

Однако пока сложно оценить, сколько лет понадобится на превращение иловых осадков в компоненты моторного топлива, которые начнут применяться повсеместно. Но разработчики уверены, что это обязательно будет внедрено.

Елена Кондратенко

Похожие новости

  • 06/12/2019

    Как импортозамещение влияет на состояние рынка

    ​Импортозамещение положительно влияет на состояние рынка. Министр промышленности, торговли и развития предпринимательства Новосибирской области Андрей Гончаров рассказал о региональной программе содействия импортозамещению в экономике.
    245
  • 11/03/2019

    Исследования новосибирских ученых попали на обложку международного кристаллографического журнала

    ​Публикация посвящена исследованию кристаллических структур двух соединений при варьировании температуры: молекулярной соли и смешанного кристалла в системе β-аланина и DL-винной кислоты, имеющих одинаковый стехиометрический состав 1:1, но различную кристаллическую структуру.
    721
  • 12/11/2019

    Новосибирские ученые разработали новый аналитический метод для характеристики катализаторов на пористых металл-органических каркасах

    ​Сотрудники лабораторий НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова представили результаты исследования аналитического метода катализа на металл-органических каркасах. Новый метод сочетает уже используемые методики с молекулами-зондами и твердотельную ядерную магнитно-резонансную спектроскопию.
    337
  • 21/07/2017

    Новосибирские ученые нашли способ улучшить работу очистителей воздуха

    Ученые НГУ выиграли грант Российского научного фонда (РНФ). Разработка ученых поможет решить фундаментальные научные задачи, а также улучшить работу бытовых и профессиональных очистителей воздуха. Тема работы новосибирских ученых — «Фото- и терморазложение металлокомплексов как способ формирования наночастиц металлов и биметаллических структур на поверхности фотокаталитически активных материалов».
    1579
  • 13/03/2017

    Центр энергоэффективного катализа НГУ как воплощение идеи интеграции НГУ и ИК СО РАН

    Научно-образовательный центр энергоэффективного катализа (НОЦ ЭК), созданный Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирским государственным университетом при финансовой поддержке Фонда «Сколково», за три года функционирования показал выдающиеся результаты.
    1539
  • 21/05/2019

    По итогам сочинского форума «Наука будущего — наука молодых»

    ​В Сочи завершились III Международная конференция «Наука будущего» и IV Всероссийский форум «Наука будущего — наука молодых». Мы попросили сибирских ученых, в них участвующих, рассказать, какие проекты они представляли на мероприятиях форума и с какими целями приехали сюда.
    480
  • 20/11/2018

    Новосибирские ученые совершили открытие в водородной энергетике

    ​Ученые лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН подробно изучили устройство протонно-обменной мембраны — главной части топливной электрохимической ячейки — и смогли выяснить, как улучшить ее проводимость.
    747
  • 14/12/2018

    Новосибирские ученые помогли реализовать новый принцип молекулярного дизайна микропористых сред

    ​Ученые лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН исследовали материал для селективной абсорбции токсичных газов и смогли составить детальную характеристику компонентов, составляющих «молекулярное сито».
    847
  • 29/04/2019

    Команда российских ученых выдвинула гипотезу о существовании жизни на Венере

    Ученые из Института космических исследований РАН, Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН и НГУ выдвинули гипотезу о существовании жизни на Венере. К таким выводам исследователей привела новая обработка панорамных изображений поверхности Венеры, полученных советскими аппаратами «Венера-9», «Венера-10», «Венера-13» и «Венера-14» в 1975—1982 годах.
    905
  • 08/12/2016

    Новосибирские химики производят уникальные композитные материалы для сжигания топлива

    ​Специалисты Новосибирского государственного университета и институтов СО РАН создают керамометаллические композитные матрицы на основе порошка алюминия, его оксида и сплавов. Эти уже успешно испытанные материалы обладают уникальными характеристиками, в частности, высокой теплопроводностью, и используются для структурированных катализаторов процессов сжигания и трансформации топлив.
    2632