Ученые нашли способ сделать природный газ твердым

В Западно-Сибирском научно-образовательном центре (НОЦ) запатентовали метод быстрого превращения природного газа в твердые гранулы с помощью биоразлагаемых катализаторов. Это позволит транспортировать его с месторождений без магистральных трубопроводов и без сжижения.

У газового гидрата много красивых ненаучных названий: горючий лед, снежный газ, арктический уголь, твердый газ. Внешне он похож на искусственный снег или рыхлый лед. В природе кристаллические соединения метана, этана, пропана, бутана с водой встречаются в толще океанского дна и в вечной мерзлоте на глубине от 200 до 1500 метров. Самый распространенный вариант - первый. Гидрат может гореть, при повышении температуры легко распадается на воду и низкомолекулярный газ, причем из одного кубометра гидрата извлекается целых 160 кубометров метана.

В мире обнаружено больше 220 месторождений газовых гидратов. Самые крупные объемы добычи у Китая: к примеру, в первом квартале 2020 года там извлекли из горючего льда 861,4 тысячи кубометров метана. В российской Арктике, по оценке "Газпром ВНИИГАЗ", залежи таких ресурсов достигают 1100 триллионов кубометров, их наличие подтверждено на Ямбургском, Бованенковском, Уренгойском, Мессояхском месторождениях. Несмотря на это, в ближайшие 20-30 лет наша страна вряд ли будет активно заниматься таким промыслом в силу его сложности.

А вот в качестве замены или дополнения технологии сжижения гидратообразование рассмотреть возможно. Российский экспорт углеводородов переориентировался с Запада на Восток, быстро протянуть туда магистральные трубопроводы не получится, поэтому в ближайшие годы самым востребованным продуктом за рубежом останется сжиженный природный газ (СПГ). По статистике Международного газового союза, на середину 2022 года на долю нашей страны приходилось восемь процентов мирового рынка СПГ, или 29,16 миллиона тонн в год. К 2025-2026 годам, когда выйдут на полную мощность проекты "Арктик СПГ-2", "Сахалин-2", "Балтийский СПГ", добавится еще 52 миллиона, а максимальный потенциал наших ресурсов - 136,7 миллиона тонн.

На сегодняшний день в мире обнаружено больше 220 месторождений газовых гидратов

Сегодня российский ТЭК усиленно занимается импортозамещением инфраструктуры сжижения, однако в силу ее сложности на это требуется время и деньги. К тому же она не так проста в эксплуатации.

- Для хранения такого топлива требуются специальные емкости, чтобы поддерживать высокое давление и температуру жидкого азота минус 170 градусов Цельсия -это трудоемко и взрывоопасно, - говорит Надежда Молокитина, ведущий научный сотрудник молодежной лаборатории физико-химических исследований газогидратов на базе Института криосферы Земли Тюменского научного центра СО РАН. - Гораздо проще превратить природный газ в твердые безопасные гранулы и везти в обычном рефрижераторе при минус 15-20 градусах. После доставки на место поджечь - он начнет таять и выделять метан.

Существенный минус природных газогидратов в том, что они очень медленно растут. В лаборатории их выращивают искусственно. Сначала в блендер заливают воду, добавляют диоксид кремния - он покрывает поверхность каждой молекулы, не дает каплям растекаться и соединяться между собой.

Получившийся порошок называют сухой водой. Его помещают в реактор, закачивают внутрь газ, нагнетают давление и замораживают, смесь сжимается в 180 раз, переходя из газообразной фазы сразу в твердую. Если применить промоутеры (катализаторы), скорость химической реакции увеличится.

- Мы экспериментировали с 15 дешевыми биоразлагаемыми загустителями (агар-агаром, гуаровой камедью и т.п.), чтобы подобрать самый эффективный для стимуляции роста газогидрата. Но ни один из них не показал такой же результат, как поливиниловый спирт. Его тоже добавляют в пищу и используют в медицине, потому что он бионейтральный, в нем даже бактерии не заводятся, и биоразлагаемый, нетоксичный, хорошо растворяется в воде, - делится Надежда Молокитина. - Стали искать, какие еще пищевые добавки обладают такими же свойствами, сработал соевый лецитин. Он тоже ускорил реакцию в десять раз по сравнению со смесью газ плюс вода или молотый лед.

Задача для всех ученых - создать полупромышленную установку выработки газовых гидратов

В России исследованием газовых гидратов занимаются сразу несколько лабораторий: в Тюменском научном центре и Новосибирском институте неорганической химии СО РАН это направление существует уже 20-30 лет. Казанский федеральный университет, Губкинский РГУ и Томский политех обратились к ней несколько лет назад. Каждый занимается своей тематикой, например, Томский политех с 2021 года экспериментирует с разложением гидратов, чтобы найти оптимальную формулу для пожаротушения. Но в целом все общаются, следят за результатами друг друга и участвуют в совместных проектах. В частности, тюменцы вместе с томичами и казанцами планируют подавать общую заявку на грант. Общая задача для всех ученых сейчас - создать полупромышленную установку для выработки газовых гидратов. Это еще не завод, но уже больше, чем лабораторное оборудование. Это поможет бизнесу грамотно рассчитать экономику технологии транспортировки, хранения и подачи, на лабораторных объемах до литра этого не сделать.

Газодобытчики очень заинтересованы в создании сборно-разборных мобильных установок для разработки месторождений. Это позволит спокойно каждые десять лет переносить инфраструктуру с одного промысла на другой. В Арктике строить фундаментальные конструкции очень дорого, сложно, есть проблема с завозом материалов, а мобильные установки наша промышленность пока не предлагает. Частью таких комплексов станут установки по переводу газа в твердое гидратное состояние или другое, которое можно быстро трансформировать в транспортабельное.

- Исходим из размера тары: установка должна помещаться в один-два контейнера 20-тонника, узлы заменяться по запросу. Мы сейчас активно над этим работаем, подключаем технологов. С точки зрения науки все понятно в процедуре получения гидратов: что добавить, как ускорить. Специалисты подскажут, какой тип реактора лучше взять, чтобы снизить себестоимость технологии, - подчеркивает Надежда Молокитина. - Возможно, в нее потом что-то получится внедрить из инфраструктуры СПГ на стадии подготовки газа или на следующей.