В Томском политехе создали уникальные установки для производства и сжигания «горючего льда»

Газовые гидраты — это соединения из газа в ледяной и водной оболочке, которые добывают со дна морей и океанов и называют замерзшим топливом будущего, или горючим льдом. Создание эффективной технологии зажигания топлива на их основе позволит применять гидраты при выработке тепловой и электрической энергии, в двигателях различного назначения с минимальным ущербом для экологии, а также при локализации и подавления возгораний.

Направление газовых гидратов в нашем коллективе начало развиваться в конце 2021 года. За короткий срок нам удалось спроектировать и создать две системы для изготовления искусственных гидратов из метана, пропана, этана, изопропанола, углекислого газа и фреона. Мы работаем с комбинированными составами гидратов с ориентиром на широкую группу приложений. На сегодняшний день наша лаборатория является третьим в России крупным научным центром, где такое производство запущено,

Системы, разработанные учеными ТПУ, отличаются механизмами, схемами и сроками производства, а также объемом и свойствами получаемого продукта. Так, в одной из установок гидрат «растет» в ледяном каркасе. Его производство занимает 2-3 суток, а концентрации газа в готовом продукте составляют от 13 до 26 % в зависимости от типа состава. Вес одной порции равен примерно 100 граммам.

Производство гидрата во второй установке занимает 30-40 минут. Он образуется на внутренних стенках устройства. Содержание газа в таком продукте достигает 9-10 %, а вес одной порции — 250-300 граммов.

По словам ученых, для производства гидрата необходимы специальные температурные условия и высокое давление. Для каждого исследуемого учеными Томского политеха газа они разные. Например, для создания гидрата из метана необходима температура до -10 ℃ и давление до 60 бар.

«На первом этапе мы применяем известные рекомендованные показатели для производства гидратов. Следующим этапом наших исследований станет построение собственных режимных карт, которые позволят минимизировать расход газа и риски при производстве. Также мы намерены работать над созданием мультигидратов — гидратов, состоящих из двух или трех газов. Такой продукт можно будет «программировать» — задавать определенные свойства, что позволит увеличить эффективность действия, например, при разделении сложных нефтехимических соединений и тушении пожаров. Результатов подобных исследований в мире пока очень мало, так как стабильно производить соответствующие газовые структуры объективно трудно», — говорит доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Никита Шлегель.

В 2023 году ученые планируют создать и запустить еще одну установку, на которой можно будет изучать газовые гидраты за счет распыления жидкости. Эта установка будет существенно отличаться от других тем, что позволит уменьшить время производства в два раза и при этом увеличить объем — то есть приблизиться к промышленным условиям.

Помимо блока по производству газовых гидратов, мы создали две установки, которые позволяют проводить исследования по их сжиганию с жидкими (керосин, бензин, дизельное топливо, мазут, смешанные рецептуры) и низкосортными топливами (торф, отходы углеобогащения и другие). С помощью созданных программно-аппаратных комплексов можно измерить температуру горения, антропогенные выбросы, регистрировать процесс зажигания, время и длительность горения. Созданные системы уникальны, сейчас идет процесс регистрации патентов на них,

В будущем ученые планируют разработать цикличную систему по сжиганию газовых гидратов совместно с низкосортными топливами. Она будет способна синтезировать гидрат, диссоциировать его и сжигать с выделением полезных продуктов.