Томские ученые нашли способ улавливать до 98% CO₂ из дымовых газов с помощью «горючего льда»

Проблема улавливания углекислого газа становится все более актуальной для промышленности. На современных предприятиях применяются различные методы, такие как криогенная дистилляция, физическая и химическая адсорбция. Однако эти технологии требуют значительных энергозатрат, дорогостоящих реагентов и часто вызывают коррозию оборудования. Ученые Томского политехнического университета предложили альтернативный подход, основанный на использовании газовых гидратов.

Что такое газовые гидраты?

Газовые гидраты представляют собой кристаллические соединения, в которых молекулы воды образуют своеобразную «клетку», удерживающую внутри молекулы газа. Благодаря такой структуре гидрат может «запирать» углекислый газ, оставляя другие компоненты дымовой смеси снаружи. Затем гидрат регазифицируют, получая концентрированный CO₂, который можно использовать в промышленности или хранить.

Эксперименты проводились на реальных дымовых смесях, полученных при сжигании трех видов топлива: угля, мазута и природного газа. Исследователи подавали дымовую смесь в реактор с водой, где происходило образование гидрата. После этого непрореагировавший газ удаляли и подавали новую порцию смеси для максимального заполнения гидратной решетки.

Результаты эксперимента

Анализ полученных гидратов показал высокую эффективность улавливания CO₂: для природного газа она достигла 98,2%, для мазута — 92,7%, для угля — 92%. Кроме того, исследователи изучили состав гидратов. Наиболее чистый результат показал природный газ: гидраты содержали 95,6% углекислого газа без примесей оксида серы. Для угля и мазута требовалась дополнительная очистка.

Особенность новой технологии — ее экономичность. В качестве реагента используется вода, что значительно дешевле традиционных химических абсорбентов. По оценкам авторов, предложенный подход требует примерно вдвое меньше энергии на единицу массы CO₂ по сравнению с аналогами. Один из авторов исследования, заведующий лабораторией газовых гидратов ТПУ Никита Шлегель, отмечает: «Поскольку вместо дорогих реагентов мы используем воду, стоимость улавливания снижается по сравнению с традиционной абсорбцией».

На основе полученных данных ученые вывели математические уравнения, позволяющие рассчитать состав газовой смеси, объем реактора, температуру и время разделения CO₂. Это необходимо для масштабирования технологии в промышленных условиях. В исследовании принимали участие специалисты Инженерной школы энергетики и Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политеха.

Работа поддержана федеральной программой Минобрнауки России «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети». Результаты опубликованы в журнале Journal of Environmental Chemical Engineering (Q1, импакт-фактор 7,5).