Этот плохой хороший углекислый газ

№ 48(1082), 06.12.2017 г.
Мы постоянно слышим о том, что парниковый эффект все больше влияет на климат. Нас пугают, что идет необратимый процесс разогрева атмосферы Земли, который полностью растопит ледовый панцирь в Арктике, испарит снег на горных вершинах, и что это станет настоящим апокалипсисом для землян. А виной всему, как заявляют ученые, — углекислый газ, который интенсивно выбрасывается в атмосферу 

Земля — единственный дом

Обеспокоенные этой проблемой, научные круги 184 стран мира недавно обнародовали манифест «Предупреждение человечеству», в котором заявляют, что главными проблемами, которые оказались глобальными для всей планеты, являются истощение озонового слоя, загрязнение морской среды, значительное сокращение запасов пресной воды, изменения в биоразнообразии животного и растительного мира, а также сокращение территории лесов. Ученые и исследователи считают, что «скоро уже будет слишком поздно, чтобы поменять курс провальной траектории, время заканчивается. Пора принять, что Земля — единственный дом».
С одной стороны, углекислый газ — благо, с другой — проблема. Вернее,  проблемой является его переизбыток в атмосфере. Как сделать так, чтобы СО2 было оптимальное количество?  Этим вопросом озабочены ученые всего мира, в том числе и в Новосибирске. В Институте катализа им. Г. К. Борескова  СО РАН ищут различные варианты переработки углекислого газа. Один из них — преобразование его в синтетическое топливо — метан.
О том, каковы перспективы научных исследований в этом направлении, рассказывает научный сотрудник института, кандидат химических наук Жанна Веселовская.
— Жанна, развейте, пожалуйста, сомнения  по поводу того, нужно ли вообще сокращать количество углекислого газа в атмосфере, ведь он является основным «питанием» для растений. 
— С точки зрения того, что СО2 является «питанием» для растений, конечно, вы правы. Но существует следующая проблема. С тех пор, как началась индустриализация нашего общества — стали интенсивно нарастать выбросы в атмосферу углекислого газа, концентрирование которого влечет за собой различные негативные последствия. Например, приводит к разогреву земной поверхности, угрожая  глобальным изменением климата на планете. Не все знают, что за счет СО2 также активно происходит закисление мирового океана. В опасности оказываются морские животные, имеющие раковины, которые состоят из карбоната кальция. А ведь эти морские обитатели составляют важные элементы в пищевой цепочке, и их исчезновение может привести к дальнейшей деградации биоресурсов океанической среды. 
Хочу уточнить: разрабатывая технологию утилизации углекислого газа, мы не ставим перед собой задачу полностью выкачать СО2 из атмосферы. Наши исследования нацелены на то, чтобы научиться концентрировать газ из воздуха, а потом использовать его для каких-то  полезных целей. К примеру, в теплицах. Наличие углекислого газа в оптимальных концентрациях положительно влияет на развитие растений, увеличение урожая. Использованный растениями СО2 в конечном счете снова вернется в атмосферу. Таким образом, получится замкнутый цикл без дополнительных выбросов углекислого газа. 

Выдумка, выдаваемая за правду?

— Говорят, что парниковый эффект — это выдумка, выдаваемая за правду. На деле же,  потепление — это  результат нарастания как внутреннего тепла Земли, так и внешнего потока радиации. Известно, что СО2 — это тяжелый газ, который не способен подняться в верхние слои атмосферы для создания парникового эффекта…
— Климатический скептицизм — это существующее явление, и ничего с этим не поделаешь. То, что углекислый газ тяжелый — правда. Более того, он увеличивает плотность воздуха. Из-за этого в нем повышается содержание влаги. Получается, что выбросы СО2 приводят к дополнительному испарению воды, а она, между прочим, тоже  является элементом парникового эффекта.  
Понятно, что существуют также и другие процессы, которые вызывают парниковый эффект. Однако ученые утверждают, что за последние 100—200 лет изменения, вызванные им, стали слишком значительными. Это явление вызывает разумные опасения: сможем ли мы адаптироваться к таким стремительным изменениям климата и как наша экосистема будет реагировать на них?
— Расскажите, пожалуйста, подробнее о предлагаемой технологии получения газового топлива из СО2, насколько сложно будет ее реализовать на практике? 
— Технология получения синтетического метана — многостадийная. Первый этап этого процесса — электролиз воды с помощью источника возобновляемой энергии. Им могут стать, например, ветряная электростанция или солнечные батареи. Продуктами электролиза являются водород и кислород, причем последний поступает обратно в атмосферу. А вот работа с водородом вызывает большие сложности, поскольку он, в сравнении с обычным метаном, взрывоопаснее и требует особой осторожности при хранении и транспортировке. Поэтому и нужен второй этап преобразования — применение реакции Сабатье, в которой водород взаимодействует с углекислым газом при повышенной температуре в присутствии катализатора. В результате образуются метан и вода. 
Выходит, что полученный благодаря электролизу водород используется для преобразования в метан, при сжигании которого снова вырабатывается энергия — только уже не электрическая, а теп-ловая. 

Воздуха на земле много

— А в чем особенность вашей разработки? 
— Особенность проекта заключается в том, что мы планируем поглощать углекислый газ непосредственно из воздуха с помощью регенерируемых сорбентов. Эти материалы при комнатной температуре накапливают углекислый газ, а после нагревания отдают его уже в концентрированном виде, после чего его можно достаточно легко превратить в метан.
— А почему бы не использовать для этого дым электростанций и промпредприятий, выбрасываемый в атмосферу миллионами тонн? 
— Ваш вопрос касается идеи, которая доминировала в научном сообществе еще лет двадцать  назад. Тогда ученые предлагали получать альтернативное топливо путем  поглощения СО2 прямо из источника, то есть из трубы электростанции. 
Одна из проблем этой технологии — транспортировка углекислого газа. Потребуется строительство новых трубопроводов и сервисных станций, что усложнит процесс перемещения CO2 и повысит его стоимость. В нашем случае все проще — углекислый газ мы берем из воздуха, который доступен в любой точке земного шара.  Поэтому без проблем можем запустить процесс получения метана, и для этого нам хватит только одного источника возобновляемого электричества.  
— Расскажите, кто является идейным вдохновителем этой темы?
— Меня вдохновил заняться этим делом Алексей Григорьевич Окунев, ныне  проректор Новосибирского государственного университета по программам развития. 
— Кто еще, кроме вас, занимается этой проблемой?
— Конечно, я не являюсь единственным автором разработки, у нас в институте катализа создан небольшой научный коллектив, занимающийся созданием новых технологий для поглощения и переработки углекислого газа. Помимо меня и Алексея Григорьевича  Окунева это и Владимир Сергеевич Деревщиков, и Антон Игоревич Лысиков, а также наши студенты и аспиранты.

Не зевай, Фомка…

— Идея преобразования углекислого газа в синтетическое топливо — это ноу-хау новосибирских ученых или она позаимствована у кого-то? 
— Идеи, как говорится, носятся в воздухе. Конечно, было бы неправильно приписывать ее исключительно себе, но нельзя сказать при этом, что она полностью заимствованная. Мы решили работать над этой проблемой комплексно, объединив  в один процесс концентрирование углекислого газа и получение из него синтетического топлива. В этом направлении сегодня мало кто работает. Однако интерес к новым технологиям получения метана существует: истощение запасов природных энергоресурсов — большая проблема, запасы нефти, угля  и газа  не беспредельны, соответственно, возникает вопрос, как и из чего завтра мы будем получать альтернативное топливо? 
— А вы уже будете готовы к этому…
— К такому повороту событий нужно готовиться заранее. Хотя бы осторожными шагами, но нужно двигаться вперед.  Пока что мы реализовали процесс получения метана из атмосферного углекислого газа только в лабораторных условиях, и объемы полученного 
топлива, естественно, не высоки, но в дальнейшем этот процесс может быть масштабирован для практического применения.
Безусловно, если попытаться прямо сегодня эту технологию внедрить в производство, то, скажем, цена кубометра синтетического метана будет дороже природного газа. Поэтому я называю эту технологию технологией будущего. Впрочем, уже сегодня наша разработка могла бы быть использована в экстремальных условиях на объектах, где других способов получения топлива нет — скажем,  на каком-нибудь острове в океане или у военных, которые работают автономно и  изолированно. 
— Имеется ли в вашей разработке что-то такое, что можно было бы запатентовать как ноу-хау?
— У нас уже есть один патент, который мы получили в 2013 году. Мы запатентовали идею, а не конкретную технологию. Если получим дополнительные научные знания, а  я уверена, что это вполне реально, то, конечно, не упустим шанса это закрепить соответствующим документом. 
— Не может случиться так, что сегодня ваш проект никого не интересует, а пройдет какое-то время — и он окажется актуальным, а его уже кто-то запатентовал?
— Все может быть. Известен такой факт. Советский инженер Леонид Иванович Куприянович в 1963 году разработал модель нынешнего мобильного телефона. Правда, он требовал некоторых доработок. Вместо того чтобы получить патент, Куприянович продолжил совершенствовать свое изобретение.  Но десять лет спустя американский инженер и физик Мартин Купер, который работал в компании Motorolla, сделал с Манхеттена первый звонок директору компании Bell Laboratories при помощи своего изобретения. С этого звонка и началась эра мобильных технологий. Имя Мартина Купера вошло в историю. А ведь на его месте мог быть наш соотечественник. Не зря народная мудрость гласит: «Не зевай, Фомка, на то и ярмарка».

Мечтать не вредно…

— Каждый ученый мечтает сделать такое открытие, которое может быть реализовано, как говорится, не отходя от  кассы. А как вы чувствуете себя, работая на будущее? 
— Говорят: мечтать не вредно, вредно — не мечтать. Кто-то же должен думать о будущем? Еще совсем недавно, конечно, по историческим меркам, мало кто задумывался о том, что мир столкнется с глобальными экологическими проблемами. Поэтому сегодня, когда они встали, как говорится, во весь рост, приходится решать их в ускоренном режиме. А если бы задумались о них раньше, то, возможно, не было бы этого, и природа на Земле была бы в безопасности. Так и с нашей разработкой: возможно, сегодня она еще не востребована, но завтра, уверена, окажется в числе актуальных.
При этом некоторые элементы нашей технологии могут уже сегодня служить людям. Возьмем те же сорбенты, которые мы разрабатываем. Их можно, например, использовать в фильтрах для очистки воздуха в помещениях. Это — наше ноу-хау.  

 

Василий Матвеюк,

«ЧЕСТНОЕ СЛОВО»