Теоретическое и экспериментальное исследование синтеза газовых гидратов в присутствии поверхностно- активных веществ и пористых материалов

Известно, что одним из значимых факторов изменения климата на Земле в последнее время является растущее содержание в атмосфере планеты парниковых газов. Предположительно, в основном это вызвано ростом производственных мощностей и ростом населения на планете. За последние 40 лет выбросы углерода в результате сжигания углеводородного ископаемого топлива увеличились более чем на 95%. Углекислый газ является основным антропогенным газом, выбрасываемым в атмосферу (более 72% от всех выбросов). В 2016 г. концентрация углекислого газа в атмосфере Земли преодолела значимую отметку в 400 ppm (parts per million — частицы СО2 на миллион частиц воздуха). При этом по прогнозам к концу столетия концентрация СО2 может увеличиться примерно в 2 раза. Возобновляемые источники энергии на данный момент не способны быть конкурентоспособной альтернативной традиционным углеводородным технологиям. Большинство стран, в том числе и Россия, заявила о достижении углеродной нейтральности до 2060 года, что означает достижение баланса между выбросом и поглощением углекислого газа. Невыполнение этих условий может вести за собой реальные экономические последствия для государственных предприятий, начиная с введения «углеродного» налога на экспортируемые товары, закачивая введением законодательных ограничений по «чистоте» ввозимого товара. Поэтому особо важно создание новых технологий улавливания и захоронения углерода (carbon capture and storage technology — CCS) для сдерживания роста температуры на планете в пределах 1,5–2 °С к 2050 г. Улавливание углекислого газа важно и в водородной энергетике, где требуется очистка «серого» водорода, получаемого в основном паровой конверсии метана или природного газа в «голубой» водород, а также с разработкой энергоэффективных гидратных технологий транспортировки природного газа. В настоящий момент в мире нет промышленной технологии улавливания СО2, при этом на относительно небольших объемах оно осуществляется технологиями, связанными с процессами химической абсорбции, физической абсорбции и адсорбции, криогенной сепарации, мембранных технологий. Эти технологии обладают как преимуществами, так и недостатками. Поэтому в настоящий момент в мире есть спрос на новые технологии улавливания углекислого газа. Захват углекислого газа из смесей в газовый гидрат выглядит перспективным, так как он является безопасным и требует минимальных трудозатрат для извлечения углекислого газа из захваченного состояния. Данный проект направлен на углубленное изучение процесса нуклеации газовых гидратов для разработки методики эффективного контроля этого процесса. Разработка данной методики направлена на решение проблем создания экономически обоснованных газогидратных технологий для использования их в промышленности из-за низкой скорости синтеза и низкого коэффициента поглощения газа гидратной фазой. Для достижения поставленных целей будет проведена комплексная теоретическая и экспериментальная работа по изучению природы нуклеации газовых гидратов, которая является предметом споров специалистов по настоящее время. В предлагаемом исследовании также планируется серия теоретических и экспериментальных работ по исследованию кинетики синтеза газовых гидратов в на поверхности наночастиц и изучению того, как некоторые поверхности и пространственное ограничение могут влиять на формирование газовых гидратов.