Метан з повітря: Українські науковці створили каталізатор

— Лауреат Нобелівської премії з хімії 1912 року видатний французький науковець Поль Сабатьє відкрив спосіб отримання штучного газу метану шляхом реакції поєднання вуглекислого газу (СО2) та водню, — говорить доктор хімічних наук професорка Київського національного університету імені Тараса Шевченка Олена Іщенко, передають Патріоти України. — Наш невеличкий науковий колектив розробив каталізатор, який допомагає вуглекислому газу і водню реагувати один з одним, щоб перетворитися на метан. Це має велике практичне значення, адже метан дуже потрібен енергетиці і промисловості.

«Працювали над реалізацією своєї ідеї сім років»

— Метан для опалення та промисловості можна не тільки видобувати з надр, але й завдяки вашій науковій розробці отримувати штучним шляхом?

— Так. Візьмемо для прикладу металургійні заводи. Там спалюють чимало палива, спричиняючи значні викиди вуглекислого газу в атмосферу (нагадаю, цей парниковий газ призводить до глобального потепління клімату). Якщо оснастити такі підприємства установками на основі нашої наукової розробки, то вони зможуть отримувати метан і використовувати його для власних потреб. Цілком можливо, штучного газу власного виробництва вистачить їм, щоб повністю задовільнити свої потреби в цьому паливі і відмовитись від купівлі природного газу, видобутого, скажімо, в Росії.

Технічно можливо провести таку ж модернізацію й на теплових електростанціях, і багатьох інших промислових об’єктах, в тому числі на українських свердловинах з видобутку природного газу. Річ у тім, що в газовій суміші, яку забирають з надр, міститься два відсотки СО2. Якщо вдасться оснастити свердловини установками з отримання штучного метану, то ці два відсотки будуть перероблятися на паливо. Зрештою для виробництва штучного метану можна використовувати й вуглекислий газ з атмосфери. Результатом широкого застосування нашої наукової розробки може стати як мінімум суттєве зменшення викидів парникового газу СО2, а можливо (у недалекій перспективі), й енергетична незалежність України.

Ідея розробити каталізатори для отримання штучного метану в мене виникла на початку десятих років, коли в розвинутих країнах науковці, екологи і політики поставили питання про гостру необхідність знешкодження вуглекислого газу, щоб зупинити глобальне потепління на планеті. Задля цього, наприклад в Канаді, створили величезні установки, які відбирають з повітря вуглекислий газ.

— А ви вирішили робити з нього метан?

— Саме так. Інформацію про те, як це теоретично можна зробити, знайшла в науковій літературі. В хімічному реакторі при тиску півтори атмосфери і температурі близько 300 градусів треба, як я вже казала, з’єднати СО2 з воднем. Але на практиці не все так просто, як в теорії, тому що треба було винайти каталізатори — речовини, за допомогою яких проходитиме цей процес. На їхню розробку наш невеличкий колектив витратив сім років кропітливої праці, адже це дуже складне завдання, на вирішення якого припадає левова частка роботи у створенні технології. Дуже важливо, що при використанні цих каталізаторів штучний метан отримуємо при звичайному атмосферному тиску, не потрібно нагнітати його до півтори атмосфери. Це значно здешевлює процес.

— Ми ставили перед собою завдання, щоб розроблені нами каталізатори для одержання штучного метану були ефективними, недорогими та екологічно безпечними, — вступає в розмову учасниця наукового колективу Алла Дяченко. — Всі три мети досягнуто.

Ми подавали наш проєкт по вдосконаленню каталізаторів на конкурс наукових розробок від Міністерства освіти і науки України, — продовжує професорка Іщенко. — Дуже прикро, що він не пройшов конкурсного відбору — не вистачило лише півбалу до прохідного.

Ситуацію ускладнює те, що не маємо коштів не тільки на розвиток розробки, але й навіть на зарплатню учасникам нашого маленького наукового колективу. Якщо б ми працювали в одному з інститутів Національної академії наук України, то наша зарплатня фінансувалася б окремо. Завдяки цьому могли б зберегти колектив і продовжувати роботу на рівні експериментів. Але працюємо в освітній установі, тому, не вигравши конкурс, не можемо платити зарплату двом учасницям нашого колективу і вони змушені зараз влаштовуватись на іншу роботу.

«Частину досліджень проводимо власним коштом»

— Зауважу, що ми неодноразово за власні гроші оплачували проведення деяких дослідницьких робіт на приладах, яких немає у нас в університеті, але є в інших наукових закладах, — додає Алла Дяченко. — Тут буде доречно коротко розповісти про один американський науковий проєкт, який було виконано в Україні і я брала в ньому участь. Перед нами поставили завдання створити екологічно безпечні антикорозійні покриття. В США мали запровадити жорсткіші, ніж раніше, вимоги для цих речовин, тому американській компанії треба було створити нові, безпечні для довкілля покриття. Задля цього вона завезла в Україну новітнє обладнання, необхідні реагенти і витратні матеріали, оплачувала працю наших науковців. Ми синтезували і випробували сотні хімічних сполук, щоб віднайти декілька найоптимальніших. На це було витрачено сотні тисяч доларів. А ми зараз не можемо добитися значно меншої суми на значно глобальніший проєкт.

— Сподіваємося, що на нашу розробку звернуть увагу власники і менеджери металургійних підприємств України, адже вони мають нагальну необхідність реконструювати свої технології так, щоб до 2030 року виробляти продукцію, яка відповідає жорстким екологічним нормам, — каже Олена Іщенко. — Якщо вони цього не зроблять, то не «зелений» метал буде оподатковуватись в країнах Європейського союзу додатковим митом. Це важливо, бо українські металурги значну частину своєї продукції експортують. До речі, багато металургійних заводів в нашій країні перейшли на замкнутий цикл споживання води, значно зменшили викиди СО2. Наша наукова розробка дасть їм можливість взагалі не забруднювати атмосферу і добре почуватися на ринку ЄС.

— Вашу розробку вже можна починати впроваджувати в виробництво?

— Для повноцінного впровадження у промисловий процес необхідно залучати кваліфікованих інженерів та технологів, які допоможуть адаптувати нашу розробку до промислових умов, — відповідає Олена Іщенко. — І ще одна дуже важлива річ: ми могли б створити каталізатори для отримання метанолу (це спирт). В Україні його взагалі не виробляють, тож поки що доводиться купувати за кордоном.

«Жінка нахилилась, щоб підняти олівець, і в цей момент стався вибух»

— Через те, що ви не отримали грант на вдосконалення каталізаторів, будете змушені призупинити роботу над технологією отримання штучного газу метану?

— Ні, все одно продовжимо в межах наших можливостей. Працюємо фактично на голому ентузіазмі (посміхається). Знаєте, коли багато років тому я писала кандидатську дисертацію, приходила в університет зранку в понеділок і поверталася додому лише в суботу увечері. Протягом тижня забігала до своєї оселі хіба що на одну-дві години, щоб прийняти душ. Тоді я була молода, тож вистачало сил. А зараз напружена викладацька робота, плюс наукова, за яку майже нічого не отримую. Тоді, в молодості, я змогла так багато приділяти часу науці завдяки підтримці батьків і чоловіку. Ми з ним знайомі ще з першого класу школи. Маємо двох дітей — сина й дочку.

— Як ви отримуєте другий компонент для виробництва метану — водень?

— За допомогою електролізу води. В спеціальній установці електричний струм розділяє воду на кисень і водень. Тут слід зауважити, що цей газ дуже агресивний. Він швидко роз’їдає будь-які метали, окрім алюмінію. Тому, скажімо, металеві балони для водню дозволяється використати лише чотири рази, а потім їх відправляють на металобрухт.

Принагідно розповім показову історію. В 1982 ро­ці, коли я була аспіранткою, частину своєї наукової роботи проводила в одному з інститутів Києва. Там працювала єдина на весь заклад система постачання водню. Зранку по команді її продували, щоб уникнути утворення гримучої суміші. Після продувки я набирала з системи в пробірку трохи водню і відходила в протилежний кут кімнати. Там запалювала пробу. По звуку визначала, є в трубі гримуча суміш чи ні. Якщо нема, запалювала водень, який надходив з системи.

Коли мені проводили інструктаж, розповіли таку історію. Один співробітник проігнорував цю безпекову процедуру: зразу запалив водень з системи — і стався вибух. Поверхом нижче за мить до цього жінка впустила олівець на підлогу і нахилилася, щоб підняти. Це її й врятувало — вибухом вирвало шматок труби, він пролетів по кімнаті, вибив вікно, зупинився лише, коли влучив в паркан інституту. Тож з воднем треба бути вкрай обережним. Тому в нашій майбутній установці будемо виробляти його шляхом електролізу води і зразу ж використовувати для отримання штучного метану.