Присадки, улучшающие характеристики бензина, могут
производиться более дешевым способом и с меньшим вредом для окружающей среды. В
этом уверены ученые Института катализа СО РАН. Они намерены производить добавки
для ГСМ из сырья растительного происхождения, а благодаря канализационным
стокам обеспечить экономию нефти.
От злаков до присадки
Чем выше стандарт топлива, тем меньший ущерб оно наносит
окружающей среде. В топливах каждого следующего поколения (более высокого
экологического стандарта) в выхлопных газах снижается доля вредных твердых
частиц, оксидов азота, серы, угарного газа, ароматических углеводородов.
Повышается экологический стандарт, например,
до «Евро-5», за счет присадок — химических веществ, повышающих октановое
число, снижающих летучесть бензинов, защищающих от образования отложений и
нагарообразования в двигателе, снижающих содержание вредных веществ в выхлопных
газах.
Но сами присадки также имеют недостатки. Например, раньше в
России в качестве топливной добавки применялся монометиланилин (ММА),
использование которого приводило к повышению количества оксидов азота в
выхлопных газах. Эти вещества раздражают слизистые оболочки живых организмов и
могут вызывать кислотные дожди.
Еще одна добавка – метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) –
является одной из наиболее популярных, однако он также не безопасен для
экологии, поэтому запрещен к использованию в ряде стран ЕС.
Специалисты Института катализа СО РАН совместно с учеными
из Новосибирского государственного университета с помощью новейших
катализаторов планируют создать присадки, которые по свойствам превзойдут
существующие. Для их производства специалисты выбрали доступное вещество,
получаемое из злаков – фурфурол.
Фурфурол представляет собой жидкость от светло- до
темно-коричневого цвета с запахом ржаного хлеба. Исследователи уже разработали
катализаторы, позволяющие получать из фурфурола соответствующий спирт, который
широко используется как растворитель и является основой для производства ароматизаторов,
пестицидов, лекарств и полимеров для сталелитейной промышленности.
Но на этом ученые не остановились и разработали
катализатор, превращающий фурфурол в присадку для топлива – 2-метилфуран. Это
соединение позволяет обеспечить стабильную работу двигателя при низких температурах
и повышает его экономичность по расходу горючего.
«Одним из преимуществ этой присадки является увеличение
полноты сгорания топлива. Во-вторых, данное химическое соединение не является
запрещенным, что открывает горизонты для экспорта топливных добавок на его
основе в другие страны», – сказал научный сотрудник лаборатории каталитических
процессов переработки возобновляемого сырья ИК СО РАН Андрей Смирнов.
Важный аспект эффективности разработанной технологии
получения присадок из фурфурола – стабильность катализатора. Это время его
активности, когда он дает нужный результат, а также не разрушается под
воздействием внешних факторов.
Ученым еще предстоит усовершенствовать разрабатываемые для
этой технологии катализаторы, чтобы они были стабильнее. Для этого планируются
дополнительные исследования в Карловом университете в Праге — с целью
определения влияния различных факторов (температура, давление, наличие воды в
газовой фазе) на стабильность катализатора.
Кроме того, при разработке катализаторов исследователи
планируют работать в тесном контакте с Гентским университетом в Бельгии,
который обладает современным оборудованием для более детального исследования
каталитических систем.
Вторая жизнь канализационным стокам
Помимо получения улучшенных присадок для ГСМ, перед учеными
стоит другая важная задача – вовлечение сырья биологического происхождения в
непосредственное производство моторного топлива.
С одной стороны, это вызвано неумолимым истощением нефтяных
ресурсов, а с другой — потребностью в снижении негативного влияния на экологию.
Для этого ученые предлагают перерабатывать иловые осадки, получаемые в огромных
количествах из канализационных стоков.
На первом этапе иловые осадки пиролизуют (разжижают) при
высокой температуре, в результате получается густая черная масса с запахом
горелой осенней листвы. Далее продукт пиролиза необходимо подвергнуть
дополнительной обработке на катализаторе, чтобы можно было дальше внедрить
сырье такого типа на нефтеперерабатывающий завод.
«В основном иловые осадки в настоящее время сжигают или
утилизируют путем захоронения на специально отведенных для этого полигонах. В
обоих случаях существует большой риск нанесения ущерба окружающей среде. Так, в
случае захоронения вредные вещества из иловых осадков могут попадать в
грунтовые воды. При сжигании необходимы специальные дорогостоящие системы очистки
для предотвращения попадания опасных продуктов горения в атмосферу», — сказала
сотрудник института Мария Алексеева.
Задача преобразования иловых осадков в компоненты моторного
топлива важна со многих сторон. Кроме безопасного получения топлива и защиты экологии,
это еще и экономия нефти при производстве бензина, так как часть нефти будет
заменена на продукт пиролиза иловых осадков.
«Важно, что продукт пиролиза иловых осадков сильно
отличается от нефти и без дополнительной обработки на завод его не примут. Для
этого необходимо снизить содержание азота и серы, а также улучшить свойства
сырья. Наша задача разработать катализатор, который сможет ускорить все необходимые
превращения, при этом будет устойчив к негативному воздействию со стороны самой
реакционной среды», — описала предстоящие работы ученый.
Существующие катализаторы не смогли показать хороших
результатов, слишком специфической оказалась черная масса. Сотрудники Института
катализа СО РАН займутся разработкой подходящих катализаторов, которые предстоит
испытать в автоклаве — своеобразной скороварке, куда добавляют катализатор, а
сам процесс проводят при давлении практически в 200 раз выше атмосферного.
В результате такой обработки ученые смогут получить из
продуктов пиролиза иловых осадков различные жидкие образцы, детальное изучение
свойств которых представляет отдельную непростую задачу.
«Нет сомнений в актуальности и важности исследований в этой
области, а для их проведения необходима серьезная финансовая поддержка со
стороны крупных научных фондов, кроме того, может оказаться полезным наш
многолетний опыт сотрудничества с коллегами из других стран в направлении
получения биотоплива из различных видов сырья — древесины, масел и других», —
сказала собеседница.
Однако пока сложно оценить, сколько лет понадобится на
превращение иловых осадков в компоненты моторного топлива, которые начнут
применяться повсеместно. Но разработчики уверены, что это обязательно будет
внедрено.