Учёные Самарского политеха разрабатывают катализатор для получения дизельных топлив с ультранизким содержанием серы

Учёные Самарского политеха работают над созданием нового поколения отечественных катализаторов для получения топлива, пригодного для твёрдооксидных топливных элементов. Проект реализуется коллективом кафедры «Химическая технология переработки нефти и газа» под руководством кандидата химических наук Алексея Моисеева. Инициативу поддержал Российский научный фонд (номер заявки 26-23-20226).

Современные технологии получения электроэнергии всё чаще базируются на топливных элементах, по сути, батарейках, внутри которых твёрдая керамическая пластина (электролит), похожая на мел. С двух сторон на пластину нанесены пористые слои. Получается своеобразный «сэндвич»: анод – электролит – катод.

К катоду подаётся обычный воздух (кислород), к аноду – углеводородное топливо. Ионы кислорода, которые как сквозь сито прошли через керамическую пластину, встречаются с молекулами топлива. Происходит холодная (без пламени) электрохимическая реакция, в результате которой генерируется электрический ток и тепло. Побочный продукт – вода и углекислый газ.

Таким образом, твёрдооксидные топливные элементы эффективны, экологичны и бесшумны, что делает их идеальными для использования в удалённых посёлках, на резервных электростанциях или технике специального назначения. Но у них есть одна уязвимость – они чувствительны к сере, содержащейся в углеводородах, в частности в товарном дизельном топливе.

Удаление серных соединений из нефтепродуктов на российских заводах происходит в процессе гидроочистки. Для этого, в основном, используют импортные катализаторы. Из-за введённых санкций их поставки в Россию затруднены, а отечественные аналоги пока не позволяют достичь требуемого уровня сверхнизкого содержания серы в товарных продуктах.

Чтобы решить эту проблему, учёные Политеха предложили принципиально новый подход. Они разработали катализатор, который «настраивают» с помощью модификаторов, добавок переходных металлов – железа, хрома, марганца и пр. Такая «настройка» позволяет придать катализатору сразу несколько важных свойств. Он может эффективно удалять серу из нефти. Также с его помощью можно перерабатывать не только традиционные нефтяные фракции, но и возобновляемое сырье (например, рапсовое или отработанное подсолнечное масло), превращая его в качественное топливо. Благодаря разработке политеховцев каталитический процесс протекает в соответствии с современными экологическими стандартами. Топливо из растительных масел, полученное при участии нового катализатора, не будет застывать на морозе.

«Наша цель – создать собственный высокоэффективный катализатор, позволяющий получать сверхчистое топливо с содержанием серы менее 1 миллионной доли, – объясняет Алексей Моисеев, – Это особенно важно для развития «зелёной» энергетики и обеспечения энергобезопасности страны».

При разработке катализатора учёные Политеха впервые системно исследуют влияние на каталитическую активность сразу нескольких металлов-модификаторов. Чтобы добиться идеального баланса катализатор должен быть активным, стабильным и при этом экономически выгодным.

Разработчики намерены не просто усовершенствовать существующие технологии, а выпустить продукт, превосходящий зарубежные аналоги по качеству и универсальности.