Специалистами Московского авиационного института и Объединенного института высоких температур РАН создана методика преобразования побочного продукта добычи нефти — попутного нефтяного газа (ПНГ) — в водород и технический углерод высокого качества. Эти вещества находят применение в энергетике и авиастроении. Об этом сообщили в пресс-службе МАИ.
Евгения Васильева
Татнефть уходит от сжигания попутного газа на факелах. Иллюстративное фото. Источник: rogtecmagazine.com
Вместо того чтобы сжигать газ в атмосфере, — как по сей день практикуется на некоторых месторождениях, об этом рассказывали раннее, — исследователи из МАИ предлагают подвергать его высокотемпературной обработке — пиролизу. Для этого разработана лабораторная установка, оснащённая печью с керамическим реактором.
Принцип действия таков: газообразные отходы нефтяной промышленности пропускают через реактор, разогретый до 700–1400 градусов, в результате чего образуются водород и технический углерод, известный как чёрная сажа.
Аналогов подобного оборудования в России нет. В рамках проекта уже собрана опытная установка, которую планируют опробовать непосредственно на нефтепромыслах, отмечается в сообщении.
Факел — это экологический вред и экономические потери
Обычно попутный нефтяной газ сжигают на факелах, что приводит к выбросу значительных объёмов углекислого газа в атмосферу. Согласно статистике Росстата, в 2025 году таким способом было утилизировано 25,1 миллиарда кубометров попутного газа, что на 6,8 процента больше, чем годом ранее.
Учёные предупреждают: сжигание газа усиливает парниковый эффект и ускоряет глобальное потепление. Однако это не только экологическая проблема, но и экономическая — компании теряют ресурсы и платят штрафы.
В России закон разрешает сжигать не более пяти процентов от общего объёма добытого попутного газа. За превышение нормы в 500 миллионов кубометров предприятиям грозят штрафы в 10 миллиардов рублей, плюс 8 миллиардов рублей компенсации за вред окружающей среде.
Пиролиз вместо «лисьего хвоста»
В настоящее время учёные моделируют процесс пиролиза на метане — главном компоненте попутного газа, а также проводят эксперименты с газовой смесью, имитирующей ПНГ, в состав которой входят метан, этан, пропан и другие углеводороды.
Меняя такие параметры, как состав сырья, скорость подачи газа в реактор, температуру и тип катализатора, исследователи изучают, как эти факторы влияют на количество и свойства получаемых веществ.
Как пояснил аспирант МАИ Матвей Гальцов Циенциала, чьи слова приведены в сообщении, применение катализаторов облегчает разложение метана, что позволяет проводить пиролиз при более низких температурах. Это уменьшает энергопотребление и способствует формированию перспективных углеродных наноматериалов.
Разработка московских учёных открывает путь к решению сразу нескольких стратегических задач: снижению углеродного следа нефтедобычи, созданию отечественной сырьевой базы для высокотехнологичных производств и получению дешёвого «зелёного» водорода.
В отличие от электролиза воды, который требует больших затрат электроэнергии, пиролиз метана — процесс энергоэффективный. При этом технический углерод, образующийся в ходе реакции, фактически является формой связанного углерода, который не попадает в атмосферу.
Это значит, что технология не просто утилизирует отходы, а превращает их в ценный ресурс, предотвращая выбросы парниковых газов.
Наноматериалы для авиационных композитов
Особый интерес представляет качество получаемого в результате пиролиза технического углерода. В зависимости от режимов пиролиза можно управлять его структурой — от аморфной сажи до нанотрубок и графеновых структур.
Именно такие материалы сегодня критически важны для авиастроения: добавление углеродных нанотрубок в композиты увеличивает их прочность на разрыв на 30–50 процентов, а также улучшает электропроводность, что необходимо для защиты от разрядов молнии.
Добавление наноматериалов в состав авиационных композитов также повышает долговечность и надёжность конструкций, одновременно снижая их вес. Кроме того, такие материалы используются для создания лёгких систем молниезащиты, экранов от электромагнитного излучения. Эти композиты поглощают радиоволны и выполняют другие функции.
Полученные углеродные продукты могут быть востребованы не только в авиации, но и в энергетике, химической промышленности. Водород же годится в качестве топлива, применяется в металлургии для восстановления железа из руды, при производстве аммиака и в других сферах.
Сегодня российские предприятия закупают подобные компоненты за рубежом, и создание собственного производства углеродных наноматериалов из попутного газа способно снизить зависимость от импорта.
Экономическая эффективность метода
Экономическая эффективность метода также выглядит обнадёживающей. Штрафы за превышение норм сжигания попутного газа достигают десятков миллиардов рублей, и внедрение технологии пиролиза на промыслах позволит компаниям не только избежать этих выплат, но и получить дополнительный доход от продажи водорода и технического углерода.
По оценкам экспертов, себестоимость водорода, полученного из попутного газа методом пиролиза, может быть в два-три раза ниже, чем при традиционном паровом риформинге метана, и при этом без выбросов углекислого газа.
Перспективы разработки
Дальнейшие исследования направлены на масштабирование технологии. Учёные планируют создать промышленный прототип установки, способный перерабатывать тысячи кубометров газа в сутки.
Отдельная задача — подбор эффективных катализаторов на основе недорогих и распространённых металлов, таких как никель или железо, чтобы снизить стоимость процесса.
Если опытно-промышленные испытания подтвердят расчётные показатели, к концу десятилетия можно ожидать появления первых коммерческих установок на нефтепромыслах.
Таким образом, предложенная методика — пример того, как экологическая проблема превращается в технологическое преимущество. Вместо бесполезного сжигания ресурса, загрязняющего атмосферу, отрасль получает замкнутый цикл: попутный газ становится сырьём для производства водородного топлива и высокотехнологичных углеродных материалов, востребованных в авиации, энергетике и химии.
Это не только снижает нагрузку на климат, но и укрепляет технологический суверенитет страны в целом ряде критических отраслей промышленности.
Журнал «Химагрегаты» регулярно публикует информацию о прогрессивных решениях, связанных с извлечением прибыли из, казалось бы, ненужных отходов.
Так ученые ПНИПУ и Тюменского индустриального университета предложили метод утилизации бурового шлама в специальной емкости путем смешивания его с природными компонентами согласно разработанным рецептурам. Полученный техногенный грунт становится ценным ресурсом для строительства и, что особенно важно, для восстановления нарушенных территорий.