Водородные технологии для возобновляемых энергоносителей и производства химической продукции

Водород рассматривается мировым научно-индустриальным сообществом как энергоноситель будущего в связи с исключительной экологичностью его применения. Отсюда ясно, что водородные технологии в ближайшее время будут стремительно прогрессировать. В этом смысле одной из целей настоящего проекта является сосредоточение усилий на разработке научно-технических основ ряда таких технологий для недопущения отставания от мировых лидеров отрасли. Концепция проекта НИР предполагает развитие в рамках темы работы по четырем основным направлениям, каждое из которых связано с технологиями производства, хранения/транспорта и применения водорода: (1) получение так называемого «бирюзового» водорода пиролизом метана с мембранной очисткой на водородселективных полимерных мембранах; (2) применение жидких органических носителей для хранения и транспорта водорода; (3) гидрогенолиз возобновляемого глицерина с получением пропиленгликоля и пропиловых спиртов; (4) получение возобновляемого реактивного топлива гидрированием производных биоспиртов. Таким образом, концепция проекта затрагивает каждый из основных сегментов водородных технологий. По направлению (1) – получение пироводорода с мембранной очисткой – в рамках работы первого года будет выполнен аналитический обзор литературы с целью анализа относительно узкого сегмента научной информации, посвященной двум аспектам: способам получения пироводорода термическим и каталитическим разложением метана и полимерным водородселективным мембранам для разделения метановодородных смесей. На основе обобщенных литературных данных будут выбраны основные подходы к проведению исследования в последующие годы реализации проекта, а также сформулированы методические основы экспериментальной работы. По направлению (2) планируются исследования по гидрогенизации газойлевых фракций вторичного происхождения для получения очищенных смесей углеводородов, потенциально применимых в качестве жидких органических носителей водорода (ЖОНВ) для хранения и транспорта водорода. Наиболее очевидным критерием рациональности ЖОНВ-технологии хранения водорода является её стремительное развитие, о котором можно судить по реализации проектов промышленного масштаба в ФРГ (компании Hyrogenious Technologies и Siemens AG) и Японии (компания Chiyoda Corp., проект Spera Hydrogen). В указанных проектах в качестве ЖОНВ используются индивидуальные соединения – «монокомпоненты» - толуол или дибензилтолуол. Ввиду того, что перспективы массового применения ЖОНВ-технологии будут определяться в том числе дешевизной и доступностью самого носителя, в рамках настоящей работы усилия будут сосредоточены на получении и исследовании такого материала на основе малоценных газойлевых фракций вторичного происхождения – тяжелой смолы пиролиза и легкого каталитического газойля. Работы по направлениям (3) и (4) нацелены на применение водорода в двух важнейших отраслях промышленности – производстве энергоносителей и производстве химической продукции. Будут рассмотрены основные подходы к получению возобновляемых реактивных топлив на основе спиртов возобновляемого происхождения (этанол, пропиловые и бутиловые спирты) и других продуктов переработки биомассы (фураны, фурфурол и гидроксиметилфурфурол, левулиновая кислота). Обобщение сведений позволит перехойти на следующем этапе реализации проекта к выбору конкретного направления исследований для планирования и проведения экспериментальной работы. В качестве сегмента технологий получения возобновляемой химической продукции выбран процесс гидрогенизационной переработки возобновляемого глицерина с получением ценных химических продуктов – пропиленгликоля и пропиловых спиртов. Активное развитие технологий получения и применения липидов II и III поколений в качестве сырья для производства энергоносителей возобновляемых (отработанных пищевых жиров и липидов, продуцируемых микроводорослями) позволяет заключить, что доступность глицерина как побочного продукта переработки липидов в ближайшие декады не будет снижаться. Из этого проистекает представление о сохраняющейся со времен «биодизельного бума» первой декады XXI столетия актуальности процессов переработки биоглицерина с получением ценной химической продукции. Лицензиарами единственного реализованного в промышленности на сегодняшний день промышленного процесса получения пропиленгликоля из глицерина являются компании BASF/Air Liquide, из чего следует, что для отечественной промышленности эта технология не является доступной. С учётом колоссальных аграрных ресурсов РФ и значительным потенциалом как по производдству растительных жиров, так и по производству глицерина, очевидна целесообразность развития этих технологий. Суждение подкреплено также полной импортозависимостью российского рынка по пропиленгликолю (порядка 40 тыс. т/год). Пропиловые спирты производятся на сегодняшний день гидратацией пропилена (изопропанол) или гидроформилированием этилена (н-пропанол), но их получение из глицерина предлагает возможность высвобождения ресурсов олефинов при одновременном замещении продукцией на возобновляемую, что отвечает целям и задачам построения низкоуглеродной экономики.