.jpg)
Ученые из Римского университета Сапиенца и специалисты итальянского агентства ENEA подсчитали, насколько эффективным и экономически выгодным может быть производство синтетического авиакеросина из углекислого газа и воды.
Речь идет о технологии, когда вода с помощью возобновляемой электроэнергии сначала превращается в водород, а затем водород вступает в реакцию с CO2 с образованием углеводородного топлива. Главное отличие предложенной схемы заключается в том, что две основные стадии превращения CO2 в углеводороды проходят одновременно в одном реакторе, тогда как обычно их проводят последовательно. Это позволяет упростить технологическую цепочку и сократить количество оборудования. Керосин стал крупнейшим отдельным продуктом процесса, на который пришлись 33% общей массы получаемых продуктов. При этом по основным энергетическим характеристикам синтетическое топливо оказалось близко к обычному авиакеросину. Его теплота сгорания составила 43,57 МДж/кг.
Производство синтетического керосина по предложенной схеме проходит в несколько этапов. Сначала в ходе электролиза воды с использованием возобновляемой электроэнергии получают водород. Далее его смешивают с CO2 и направляют в трубчатый реактор, заполненный катализатором на основе железа с добавлением калия. При температуре 300 oC и давлении в 25 раз выше атмосферного там одновременно происходят две химические реакции. Сначала CO2 взаимодействует с водородом с образованием монооксида углерода и воды, а затем монооксид углерода и водород в ходе реакции Фишера-Тропша соединяются в более длинные цепочки углеводородов. На выходе получается смесь углеводородов, которую затем в дистилляционной колонне разделяют на несколько фракций, включая керосиновую и дизельную.
Керосиновая фракция состоит преимущественно из молекул с цепочками от 8 до 15 атомов углерода, особенно велика доля соединений с 9-10 атомами. Чтобы повысить эффективность использования сырья, не вступившие в реакцию углекислый газ и водород возвращаются обратно в процесс, а образующаяся вода очищается и снова используется для электролиза.
Ученые также предусмотрели использование побочных продуктов производства. Кислород, который выделяется вместе с водородом при электролизе воды, направляется на сжигание отходящих газов. Полученное тепло вместе с теплом самого химического процесса используется для производства пара высокого давления, который приводит в действие турбину и вырабатывает электричество для предприятия.
Однако производство водорода остается главным потребителем энергии, именно оно во многом определяет стоимость топлива. Ученые рассчитали экономику установок мощностью от 472 тонн до 100000 тонн керосина в год и убедились, что увеличение масштаба заметно улучшает показатели. Выручка начинает превышать производственные расходы при выпуске 60 тысяч тонн керосина в год. Для крупнейших рассмотренных вариантов вероятность положительной чистой приведенной стоимости проекта составила около 85-95%.
Сам синтетический керосин по свойствам оказался близок к обычному авиационному топливу. Помимо сопоставимой теплоты сгорания, он не содержит серы и ароматических соединений, присутствие которых связано, например, с образованием оксидов серы и сажи. Однако использовать полученный продукт в существующем виде пока нельзя. Его расчетная температура замерзания составляет -37,8 oC, тогда как для авиационного керосина Jet A этот показатель должен составлять не выше -40 oC. Топливо потребуется дополнительно перерабатывать, добавлять в него специальные присадки или смешивать с обычным авиакеросином.
