Водород — самый распространенный элемент во Вселенной. А как энергоноситель — это один из самых перспективных продуктов для человечества. Поэтому российские ученые работают над инновациями, которые позволят промышленникам перейти с нефтегазовой на водородную энергетику. Участник топ-90 проектов премии «Новатор Москвы», ведущий эксперт РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина Леонид Цой разработал технологию производства экологически чистого водорода и спиртов, которые потом можно использовать в качестве сырья для других химических производств. Причем новый способ значительно дешевле и экологичнее существующих.
В интервью порталу наука.рф ученый рассказал, в чем суть его метода и как он может изменить отрасли нефтегазопереработки и нефтегазохимии в России.
— Как работает ваша технология, кому она будет полезной в первую очередь?
— Она основана на методе «бета- и паровая конверсия метана». Смесь водяного пара и метана обрабатывается ускоренными электронами и электромагнитным полем в специальном вихревом реакторе. На выходе из реактора получаются водород и спирты. Энергозатраты – 0,1 ГДж на тонну продукта, и что важно — нет вредных выбросов.
В сотрудничестве с лидером в этой области — Институтом ядерной физики Сибирского отделения РАН (ИЯФ СОРАН) – мы в процессе создания самого крупного в мире завода по производству ускорителей электронов. Такое оборудование пригодится в нефтегазопереработке, нефтегазохимии, металлургии, энергетике, в том числе транспортной, производстве азотных удобрений.
Потребителями станут компании стран, намеренных производить водород как энергоноситель и спирты как сырье для производства пластика, удобрений и т. д.
— Мы закончили лабораторный этап, получили положительные экспертизы Газпрома, Татнефтехиминвест-холдинга, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина по заказу Минэнерго РФ и составили бизнес-план. Заключили предварительные договоры с проектировщиками-строителями, соглашение с Институтом ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН о передаче конструкторской документации, регламентов производства и — временно — сотрудников для обучения и производства первых партий ускорителей.
Нашли и источник финансирования, который закроет 75% потребностей в деньгах, и ищем на оставшиеся 25%. Под строительство завода уже подобрали земельный участок в Москве, который нам предварительно согласовало столичное правительство по программе «Земля за 1 рубль» на пять лет, далее — по тарифам аренды города. У нас уже есть поставщики и производители всех деталей. Более того, уже подписаны соглашения на создание 120 таких заводов в КНР, Индии, ОАЭ, Казахстане.
— Два основных способа получения промышленного водорода — это паровая конверсия и электролиз. Есть и другие методы, но они грязные, неэкономичные и энергозатратные.
Электролиз экономически невыгоден: вы тратите 214 ГДж, чтобы получить тонну водорода, а при сжигании получите всего 141 ГДж — почти вдвое меньше, чем потратили на его получение. Паровая конверсия метана — это традиционный способ, которым вырабатывают примерно 70% всего водорода. При затратах 8,1 ГДж на тонну водорода вы получаете 141 ГДж. Но при этом с каждым килограммом примерно 10 кг углекислоты уходит в атмосферу. Поэтому сейчас любые страны, которые производят водород, сталкиваются с проблемой выбросов СO2.
Наш метод позволяет перерабатывать водород, затрачивая при этом 0,1 ГДж на тонну — в 80 раз меньше, чем самый выгодный из ныне существующих методов. При этом у нас нет никаких вредных выбросов. В качестве побочного продукта мы выпускаем спирты, а это ценный продукт для производства пластика или тех же удобрений.
Таким способом можно перерабатывать сырье фактически без нагрева и без громадных давлений, как в традиционной паровой конверсии.
— Я заканчивал физфак в Казахстане, кафедру физики космоса, космических лучей и радиационной физики, так что вся моя деятельность так или иначе связана с этим.
Сначала я работал над «бета-конверсией углеводородов». У истоков этого метода стоял мой отец. Он посвятил десятилетия радиационной обработке жидких и газообразных сцинтилляторов (чем являются и углеводороды) и защищал диссертации на эту тему под руководством академика С.В. Стародубцева. Так мой отец пришел к идее обработки углеводородов ионизирующими излучениями.
Позже мы с командой подхватили эту идею и начали проводить лабораторные исследования. Путем экспериментов пришли к выводу, что самой перспективной на тот момент оказалась переработка нефти и газа в светлые топливные фракции, бензин, керосин. К 2000-м годам смогли оформить такой метод в виде патентной разработки на переработку углеводородов. К сожалению, дальше лаборатории дело не пошло по ряду причин, не связанных с самой технологией.
В 2020 году мы поняли, что надо заниматься водородом. Эта тема стала очень популярной в научных кругах. Так переориентировались на получение водорода и спиртов.
— Да, и я считаю, что в моей команде лучшие специалисты России в этой области: доктор физико-математических наук, доктор технических наук — член федерального ВАКа по химии, доктор физико-математических наук Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина, теоретик, экспериментатор по радиационной химии, консультант МАГАТЭ по традиционной химии.
В команде и мощные управленцы, и экономисты. Кандидат на должность директора по производству многие годы работал главным инженером на нескольких заводах. Мой первый заместитель руководил проектом модернизации теплосети Нижнего Новгорода. А я руководил проектом создания самого большого в Средней Азии и Казахстане завода по производству телевизоров и мониторов.
— В чем водород превосходит другие горючие вещества?
Если сравнить горючие вещества по теплотворности — энергии, которую можно получить, например, для обогрева двигателя, то при сжигании у водорода самый лучший показатель — 141 ГДж на тонну. Это больше, чем от спиртов, газа, нефти, бензина, керосина, мазута — да чего угодно.
Водород — это универсальный продукт и самый перспективный для человечества. В космосе его очень много, и если мы когда-то дорастем до межзвездных полетов, то потенциал его использования будет огромен.
