Ученые Института катализа СО РАН при поддержке Российского научного фонда приступили к разработке сорбентов для получения углекислого газа из биогаза — побочного продукта пищевых и агропромышленных предприятий. Планируется, что создаваемые системы позволят повысить энергоэффективность процесса. 

Биогаз — побочный продукт предприятий пищевой промышленности и сельского хозяйства, который образуется в результате брожения биомассы. Основные компоненты биогаза — метан и углекислый газ (двуокись углерода, СО2). Содержание углекислого газа — 20–50% в зависимости от состава исходного сырья. Выделяемый из биогаза метан используют в качестве топлива. Чистый углекислый газ необходим для химической и деревообрабатывающей промышленностей, металлургии, сельского хозяйства и медицины. 

Углекислый газ в промышленных масштабах получают несколькими способами, в том числе выделением из дымовых газов и из продуктов термического разложения известняка. Использование биогаза для этих целей более экологично, так как это возобновляемое сырье.

Для выделения двуокиси углерода используют обратимые сорбенты, которые работают в циклическом режиме как губка — сначала впитывают углекислый газ из биогаза, а затем отдают его при нагреве. Задача ученых — снизить температуры этого процесса, чтобы повысить его энергоэффективность для предприятий.

«Основное требование к сорбентам — снизить затраты энергии, чтобы процесс получения углекислого газа был рентабельным. При низких температурах на стадии адсорбции биометан очищается от углекислого газа, а при более высоких происходит десорбция и углекислый газ выделяется. Мы хотим в рамках проекта сделать материал, который был бы эффективен на стадии выделения углекислого газа при 100 °C. На промышленных предприятиях есть побочные низкопотенциальные тепловые выбросы, так что многие локальные источники могут дать такую температуру. В перспективе для этого процесса можно использовать и солнечную энергию», — рассказывает руководитель проекта, научный сотрудник отдела нетрадиционных каталитических процессов ИК СО РАН, кандидат химических наук Жанна Веселовская.

Помимо энергоэффективности сорбенты должны быть емкими и стабильными, чтобы выдерживать много циклов. В качестве активного компонента для систем ученые выбрали разветвленный полиэтиленимин, химический поглотитель двуокиси углерода. Носители для сорбентов на основе оксидов алюминия будут создавать с помощью темплатного синтеза с использованием частиц, при выжигании которых в материале образуются поры.

«Использование полимерных темплатов позволяет целенаправленно изменять текстуру и пористую структуру матрицы. Выбранный активный компонент имеет большой молекулярный размер, и поэтому нам необходимо создавать материал матрицы с большими и средними порами, чтобы он показал улучшенные свойства», — отмечает участница проекта, младший научный сотрудник отдела нетрадиционных каталитических процессов ИК СО РАН Екатерина Воробьева.

Следующим этапом ученые синтезируют материалы на основе диоксида кремния и сравнят перспективность и эффективность полученных композитов.