Каждый день мы используем электричество, тепло, ездим на автомобилях – все это приводит к выбору углекислого и других парниковых газов. Так человечество воздействует на климат Земли: парниковый эффект нагревает планету, и эти изменения становятся все более непредсказуемыми. Именно поэтому снижение углеродного следа – одна из самых важных экологических задач, над которой работают ученые большинства стран мира.
Ученые превратили растительные отходы в топливо для самолетов
Технологию производства авиатоплива из биомассы создали в РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина. Открытие поможет решить важные экологические проблемы. Ожидается, что «зеленое» топливо снизит выбросы углекислого газа на 75%, по сравнению с традиционным авиакеросином из нефти при перелетах, а использование растительной массы поможет переработать лигноцеллюлозные отходы, которые сейчас просто отправляются на свалки.
Freepik
«Стереть» углеродный след
Для снижения углеродного следа Международная организация гражданской авиации (ICAO), куда входит и Россия, учредила программу CORSIA. Она обязывает авиакомпании компенсировать рост выбросов, по сравнению с 2019 годом. Сейчас идет добровольный этап программы, но с 2027 года денежные компенсации станут обязательными. Альтернативой выплатам для авиакомпаний может стать только использование для международных перелетов так называемого устойчивого авиационного топлива (SAF) – частично состоящего из возобновляемого углерода, то есть произведенного из восполняемого сырья, например, биомассы. Сейчас его выпускают единицы сертифицированных западных компаний.
Разработка экологичного биотоплива
Сырье для биотоплива
В последние десятилетия в мире изучались различные типы сырья для топлива SAF. Ученые Губкинского университета при поддержке Российского научного фонда исследовали лигноцеллюлозное сырье. Это кустарники, трава, отходы лесопильных заводов, пищепрома и другие материалы, содержащие лигноцеллюлозу — растительное сухое вещество, составляющее основную часть клеточных стенок растений.
Созданная российскими учеными технология производства топлива SAF из лигноцеллюлозы основана на процессах быстрого пиролиза, замедленного коксования и гидрокрекинга. Сначала сырье в результате пиролиза преобразуется в более энергоплотный жидкий продукт – бионефть, содержащую большое количество кислорода и связанной воды. Затем она вместе с гудроном подвергается коксованию, что позволяет удалить часть кислорода, входящего в состав сырья. Полученная газойлевая фракция впоследствии проходит глубокую гидропереработку на установке гидрокрекинга, где преобразуется в SAF.
Технология производства SAF из лигноцеллюлозы
Помимо целевого продукта SAF часть возобновляемого углерода уходит в дизельное топливо и бензин, а также в не менее ценный продукт – биококс. Он может использоваться в ветеринарии для лечения эймериоза у птиц и в промышленности, например, как заменитель камменноугольного кокса при производстве чугуна.
«Из-за крайне низкой ценности лигноцеллюлозные отходы сейчас часто не перерабатываются квалифицированно, поэтому их превращение в топливо будет не только решением проблем авиации, но и эффективным путем утилизации», - отметил Михаил Ершов, профессор кафедры технологии переработки нефти РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, руководитель проекта.
Производство SAF в промышленных масштабах
Исследования подтвердили, что разработанная технология не потребует принципиального переоборудования уже имеющихся на отечественных предприятиях топливно-энергетического комплекса установок. Достаточно будет только частичной модернизации оборудования и применения коррозионностойких сплавов в отдельных узлах. Дело в том, что бионефть обладает высокой кислотностью, из-за чего усиливает коррозионные процессы – самопроизвольное разрушение металлов при их взаимодействии с внешней средой. Однако уже существующих сегодня технологий вполне достаточно, чтобы обеспечить защиту оборудования.
Производство SAF
Перспективы исследования
Разработанная технология переработки лигноцеллюлозного сырья в цепочке процессов пиролиз-коксование-гидрокрекинг позволила получить реактивное топливо с фракцией, содержащей до 12% углерода биологического происхождения.
«Это достаточно высокий показатель – выше, чем по результатам ранее проводившихся аналогичных исследований. А главное, сырье для производства топлива SAF по этой технологии очень доступно. Запасы его в России огромны», — пояснил Никита Буров, научный сотрудник проекта.
«Дальнейшая работа будет направлена на увеличение доли биоуглерода в топливе, — добавил Михаил Ершов. — В планах — исследования по модификации бионефти и ее модельных соединений путем предварительной деполимеризации углеводов и контролируемой олигомеризации по углеродной цепи».
Исследователи рассчитывают представить результаты следующего этапа работы через год.