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.