Исследователи из Кембриджского университета разработали революционный метод получения чистого водородного топлива и ценных углеродных нанотрубок (УНТ) из метана. Уникальность подхода заключается в практически полной переработке исходного газа в замкнутом цикле, что позволяет избежать выбросов углекислого газа, характерных для традиционных технологий.
По мере того как мир стремится отказаться от ископаемого топлива, спрос на водород – экологически чистое топливо, при сгорании которого образуется только вода, – неуклонно растет. Однако доминирующие сегодня методы его производства, такие как паровая конверсия метана, сопровождаются выделением значительных объемов CO2. Новая технология, основанная на пиролизе метана, предлагает элегантное решение этой проблемы, одновременно создавая второй востребованный продукт – углеродные нанотрубки, незаменимые в производстве литийионных аккумуляторов.
Ключевое новшество кембриджской установки – это многопроходная система. В отличие от существующих реакторов, где газ используется лишь один раз, а остатки выбрасываются, здесь газовый поток циркулирует внутри системы до тех пор, пока почти весь метан не будет преобразован. Такой подход не только исключает отходы, но и решает главную проблему масштабирования предыдущих версий технологии, устраняя необходимость в больших объемах водорода для запуска реакции.
Лабораторный прототип реактора продемонстрировал впечатляющие результаты. Работая при температуре 1300°C, система показала восьмикратное увеличение выхода углерода и 446-кратное повышение молярной эффективности процесса по сравнению с однопроходной конфигурацией. Молярная эффективность – это показатель того, насколько рационально используется каждая молекула газа в системе. Практически 99% газа перерабатывается внутри реактора.
Чтобы оценить реальный потенциал технологии, ученые провели компьютерное моделирование с использованием данных действующего коммерческого предприятия. Расчеты показали, что реактор способен преобразовать 75% исходного газа в конечные продукты – водород и углеродные нанотрубки – в соотношении 3:1. Это подтверждает высокую экономическую и экологическую привлекательность процесса.
Более того, лабораторные испытания доказали, что установка может работать даже на газовой смеси, имитирующей биогаз, который содержит метан и углекислый газ. В случае успешного масштабирования эта возможность откроет путь к производству чистого топлива и высокотехнологичных материалов непосредственно из органических отходов, превращая экологическую проблему в ценный ресурс.
