Учёные химического факультета Томского государственного университета разработали новый сорбционный материал для улавливания СО₂, который может использоваться в системах «замкнутого цикла» – космических кораблях, подводных лодках, а также для очистки сбросовых газов на предприятиях и развития «зелёной» энергетики. Особенностью сорбента является высокая эффективность и то, что его, в отличие от многих подобных материалов, можно использовать многократно. Новый материал будет производиться на основе отечественного сырья. Проект реализуется при поддержке федеральной программы «Приоритет 2030».

– Проблема улавливания и переработки углекислого газа является весьма актуальной как в контексте снижения углеродного следа, так и для обеспечения безопасности людей, – объясняет автор проекта, заведующий научно-исследовательской лабораторией пористых материалов и сорбции химического факультета ТГУ Григорий Мамонтов. – Сорбенты, используемые сейчас в системах «замкнутого цикла», главным образом основаны на разработках советских лет и во многом не отвечают современным требованиям, предъявляемым к материалам такого типа.

Команда проекта: учёные ХФ ТГУ Елена Евдокимова, Григорий Мамонтов, Анна Савельева

Наиболее широко сейчас используется два типа решений. Первое – аминосоединения, стабилизированные на пористых материалах, минусом которых является выделение летучих веществ, что нежелательно в местах присутствия людей. Второе представляет собой химическую реакцию СО₂ с оксидами CaO или MgO. Реакция является практически необратимой, и после использования такой поглотитель нужно утилизировать или регенерировать при очень высоких температурах, что делает его неудобным для использования.

Учёным ХФ, благодаря большому научному заделу, удалось найти более эффективное решение задачи. Они разработали регенерируемые сорбенты, что позволяет использовать накопленный углекислый газ для дальнейшей промышленной переработки и получения ценных продуктов. Основой для нового сорбента выступают соединения циркония, в том числе Zr-содержащий металлорганический координационный полимер UiO-66.

– К преимуществам нового материала можно отнести способность улавливать углекислый газ в относительно малых концентрациях (0,4–2%), то есть на уровне его содержания в воздухе или в выдохе человека, – рассказывает Григорий Мамонтов. – Наряду с этим важно, что регенерация сорбента после использования осуществляется без высоких температур, в нашем случае – не выше 120°С. После извлечения из сорбента углекислого газа сорбционная ёмкость материала полностью восстанавливается, он готов к адсорбции новой порции СО₂. Многоразовый сорбент даёт большое преимущество в плане эффективности и экономики использования.

Область применения нового материала достаточно широкая – от улавливания углекислого газа в системах «замкнутого цикла» до очистки воздуха в местах с большим скоплением техники и людей, при этом плохо вентилируемых, к примеру, на подземных парковках торговых центров, аэропортов и других объектах. Ещё одно перспективное направление применения нового сорбента – очистка сбросовых газов промышленных предприятий. В медицине сорбент может использоваться в очистке синтетических смесей для дыхания или наркоза от выдыхаемого человеком СО₂.

Новый сорбент, созданный в ТГУ, будет передан на тестирование промпартнёрам

К концу 2024 года химики ТГУ планируют наработать первую опытную партию сорбента и передать её на производства для проведения испытаний в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации.

Добавим, что новый сорбент создан в рамках стратегического проекта «Технологии безопасности», который ТГУ реализует при поддержке федеральной программы «Приоритет 2030». Стратегический проект нацелен на разработку новых материалов и технологий для противодействия терроризму, идеологическому экстремизму, техногенным, биогенным, социокультурным и другим угрозам.