Ученые молодежной лаборатории Института геологии и нефтегазовых технологий (ИГиНГТ) Казанского федерального университета (КФУ) совместно с коллегами из Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН разработали биопромоторы гидратообразования на основе аминокислот и глюконовой кислоты — реагенты, которые ускоряют превращение метана в твердые газогидраты.
Гидратная технология рассматривается в качестве альтернативы традиционным способам хранения и транспортировки природного газа там, где строительство трубопровода или работа со сжиженным природным газом экономически нецелесообразны. Такой подход может упростить хранение и перевозку природного газа.
«Природный газ остается одним из ключевых источников энергии, но его хранение и перевозка до сих пор связаны с серьезными техническими трудностями.
Обычно для этого используют либо сжижение газа при очень низких температурах, либо сильное сжатие при высоком давлении. Оба пути требуют сложной инфраструктуры, больших энергозатрат и повышенных требований к безопасности. Один из наиболее безопасных способов хранения метана — в форме газовых гидратов, там он находится в связанном виде», — рассказал один из авторов исследования, младший научный сотрудник лаборатории гидратных технологий утилизации и хранения парниковых газов ИГиНГТ КФУ Шамиль Гайнуллин.
Ученые КФУ уже несколько лет работают над усовершенствованием гидратной технологии. Главное препятствие, с которым они сталкиваются, — медленная кинетика процесса.
«Гидрат начинает образовываться поздно, либо растет медленно, либо вода превращается в гидрат не полностью, — поясняет Шамиль Гайнуллин. — Кроме того, на границе газа и воды может образовываться плотная гидратная пленка, которая мешает дальнейшему контакту фаз и тормозит процесс еще сильнее».
Для ускорения процесса гидратообразования используют различные промоторы (стимуляторы роста — ред.), чаще всего — поверхностно-активные вещества (ПАВ), но у них имеется ряд недостатков.
«Ускорять образование гидрата метана способны аминокислоты. При этом они биоразлагаемые, нетоксичные и не способствуют пенообразованию, как традиционные ПАВ. К сожалению, эти вещества уступают классическим промышленным промоторам», — сообщил ученый.
Авторы провели химическую модификацию аминокислот с целью повышения их эффективности и изучили новые соединения, синтезированные на основе аминокислот и глюконовой кислоты. По словам ученых, природное, биосовместимое соединение глюконовая кислота было выбрано в качестве модификатора, во-первых, ввиду своей экологичности, а во-вторых, потому что содержит много гидроксильных групп, способных образовывать водородные связи и влиять на организацию молекул воды, что, в свою очередь, способно ускорить процесс начала гидратообразования.
Влияние синтезированных биопромоторов на процесс образования гидратов метана исследовали в автоклавах высокого давления в статических и динамических условиях, а также с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии, визуального наблюдения, гранулирования, тестирования на стабильность, молекулярной динамики и квантово-химического моделирования.
«Главный вывод заключается в том, что новая группа биопромоторов заметно ускорила образование гидрата метана даже при очень низкой концентрации: процентное содержание массы компонента в смеси составило 0,05. В экспериментах гидратообразование в присутствии этих соединений запускалось примерно за 19–25 минут, тогда как в присутствии такого известного ПАВ, как SDS, — за 54 минуты, а для немодифицированных аминокислот время составляло около 45 минут. Иными словами, новые соединения срабатывали быстрее и раньше запускали процесс. При этом они не только ускоряли старт, но и обеспечивали высокий выход гидрата», — отметил Шамиль Гайнуллин.
В ходе исследования также было установлено, что полученные гидратные пеллеты обладают высокой плотностью, механической прочностью и устойчивостью при хранении метана. Конкурентными преимуществами полученных соединений являются: природное происхождение, простота и дешевизна их синтеза, высокая гидрофильность и хорошие кинетические характеристики.
Пресс-релиз подготовлен на основании материала, предоставленного организацией. Информационное агентство AK&M не несет ответственности за содержание пресс-релиза, правовые и иные последствия его опубликования.
