Водородът и въглеродният диоксид могат лесно да се превърнат в мравчена киселина и обратно. Метод за получаване на метан и неговите производни. Условия за реакция на въглероден диоксид с водород

, експлозивни газове , парников ефект

Този експлозивен газ често се нарича "блатен газ". Всеки знае специфичната му миризма, но всъщност това са специални добавки "с миризма на газ", които се добавят, за да се разпознае. При изгаряне практически не оставя вредни продукти. Освен всичко друго, този газ участва доста активно във формирането на добре познатия парников ефект.

Газ, обикновено свързан с живи организми. Когато беше открит метан в атмосферата на Марс и Титан, учените имаха надежда, че на тези планети съществува живот. На Червената планета няма много метан, но Титан е буквално „напълнен“ с него. И ако не за Титан, то за Марс биологичните източници на метан са също толкова вероятни, колкото и геоложките. Много метан има на планетите гиганти - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, където той е възникнал като продукт от химическата обработка на веществото на протосоларната мъглявина. На Земята той е рядък: съдържанието му в атмосферата на нашата планета е само 1750 части на милиард по обем (ppbv).

Източници и производство на метан

Метанът е най-простият въглеводород, безцветен газ без мирис. Химичната му формула е CH4. Слабо разтворим във вода, по-лек от въздуха. Когато се използват в ежедневието, промишлеността, към метана обикновено се добавят одоранти със специфична „миризма на газ“. Основният компонент на природните (77-99%), свързаните с нефта (31-90%), рудничните и блатните газове (оттук и другите имена на метана - блатен или рудничен газ).

При 90–95% метанът има биологичен произход. Тревопасни копитни животни като крави и кози отделят една пета от годишните си емисии на метан, произведени от бактерии в стомасите им. Други важни източници са термитите, неолющеният ориз, блатата, филтрирането на природен газ (продукт от минал живот) и фотосинтезата на растенията. Вулканите допринасят с по-малко от 0,2% за общия баланс на метан на Земята, но организмите от минали епохи също могат да бъдат източник на този газ. Промишлените емисии на метан са незначителни. По този начин откриването на метан на планета като Земята показва наличието на живот там.

Метанът се образува при термична обработка на нефт и нефтопродукти (10-57% обемни), коксуване и хидрогениране на въглища (24-34%). Лабораторни методи за получаване: сливане на натриев ацетат с алкали, действието на водата върху метилмагнезиев йодид или върху алуминиев карбид.

Приготвя се в лаборатория чрез нагряване на натриева вар (смес от натриев и калиев хидроксид) или безводен натриев хидроксид с оцетна киселина. Отсъствието на вода е важно за тази реакция, поради което се използва натриев хидроксид, тъй като той е по-малко хигроскопичен.

Свойства на метана

Експлозивното горене се разпространява със скорост 500-700 Госпожица;налягането на газа по време на експлозия в затворен обем е 1 MN/m 2 .След контакт с източник на топлина, запалването на метана става с известно закъснение. Това свойство се основава на създаването на безопасност експлозивии взривобезопасно електрическо оборудване. На обекти, които са опасни поради наличието на метан (предимно въглищни мини), т.нар. режим газ.

При 150–200 °C и налягане 30–90 atm метанът се окислява до мравчена киселина.

Метанът образува инклузионни съединения - газови хидрати, широко разпространени в природата.

Приложение на метан

Метанът е най-термично стабилният наситен въглеводород. Използва се широко като битово и индустриално горивоИ как суровини за индустрията. Така чрез хлориране на метан се получават метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, тетрахлорид на въглерода.

Непълното изгаряне на метана води до сажди, по време на каталитично окисление - формалдехид, при взаимодействие със сяра - въглероден дисулфид.

Термично-окислителен крекингИ електрокрекингметан - важни индустриални методи за получаване ацетилен.

Каталитичното окисляване на смес от метан и амоняк е в основата на промишленото производство циановодородна киселина.Метанът се използва като източник на водородпри производството на амоняк, както и за производството на воден газ (така наречения синтезен газ): CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2, използван за промишлен синтез на въглеводороди, алкохоли, алдехиди и др. Важно производно на метана е нитрометан.

Автомобилно гориво

Метанът се използва широко като моторно гориво за автомобили. Плътността на естествения метан обаче е хиляда пъти по-ниска от плътността на бензина. Ето защо, ако заредите кола с метан при атмосферно налягане, то за равно количество гориво с бензин ще ви трябва 1000 пъти по-голям резервоар. За да не носите огромно ремарке с гориво, е необходимо да увеличите плътността на газа. Това може да се постигне чрез компресиране на метан до 20-25 MPa (200-250 атмосфери). За съхраняване на газ в това състояние се използват специални бутилки, които се монтират на автомобили.

Метанът и парниковият ефект

Метанът е парников газ. Ако степента на въздействие въглероден двуокисвърху климата, условно взет за единица, тогава парниковата активност на метана ще бъде 23 единици. Съдържанието на метан в атмосферата е нараснало много бързо през последните два века.

Сега средното съдържание на метан CH 4 в съвременната атмосфера се оценява на 1,8 ppm ( части на милион, части на милион). И въпреки че това е 200 пъти по-малко от съдържанието на въглероден диоксид (CO 2) в него, на молекула газ, парниковият ефект на метана - тоест неговият принос за разсейването и задържането на топлината, излъчвана от Земята, нагрята от слънцето - е значително по-висока, отколкото от CO 2 . Освен това метанът поглъща радиацията на Земята в онези „прозорци“ от спектъра, които са прозрачни за други парникови газове. Без парниковите газове - CO 2 , водни пари, метан и някои други примеси, средната температура на земната повърхност би била само -23°C, а сега е около +15°C.

Метанът се просмуква през пукнатини на океанското дъно земната кора, се отделя в значителни количества по време на добив и при опожаряване на гори. Наскоро откри нов, напълно неочакван източник на метан - висши растения, но все още не са изяснени механизмите на образуване и значението на този процес за самите растения.

Метан на Земята

Близо до Санта Барбара метанът, активен парников газ, се отделя от океанското дъно в големи количества под формата на мехурчета.

Метанът е особено опасен по време на минни дейности.

Метан вместо бензин? Лесно

Когато беше открит метан в атмосферата на Марс, учените се надяваха да открият следи от живот на планетата.

Засега в света има само няколко реализирани проекта за пуснати в експлоатация инсталации за производство на метан от дървесина. Първите резултати позволяват да се надяваме на сериозен пробив в тази посока.

Формули за статията "Метан от биомаса", вижте

Метанът CH 4 е газ без цвят и мирис, който е почти два пъти по-лек от въздуха. Образува се в природата в резултат на разлагане без достъп на въздух на останки от растителни и животински организми. Следователно, той присъства например в блатисти резервоари и въглищни мини. Метанът се намира в значителни количества в природния газ, който сега се използва широко като гориво в ежедневието и в промишлеността.

Една от най-бързо развиващите се технологии за възобновяема енергия днес е производството на анаеробно ферментирал биометан и след това подаването му в мрежи, които доставят природен газ до потребителите. Въпреки високите разходи за производство на биометан по тази технология (8-10 евроцента за 1 kWh), броят на инсталациите за неговото производство непрекъснато нараства. През 2009 г. вече имаше 23 класически (с гориво от оборски тор) инсталации за биогаз в Германия с газ захранване на съществуващи тръбопроводи за природен газ, а още 36 са в процес на изграждане или планиране. Причината за ръста на този показател е Законът за възобновяемата енергия (Erneuerbare Energien Gesetz - EEG), приет в Германия през 2004 г., изменен през 2009 г. и позволяващ на продавачите на газ да предлагат на клиентите си газ, получен от възобновяеми източници, и да получават държавни субсидии за производството на електроенергия от възобновяеми енергийни източници (ВЕИ).

Първият в света завод за производство на природен газ от дървесина в
Австрийски град Гюсинг. На преден план е съоръжение за производство на метан

Според класическата и сега широко използвана схема, биометанът се получава от растителни субстрати (например царевица), тор от свинекомплекси, говежди тор, пилешки тор и др. Такъв метан от биомаса може да се получи чрез нейното анаеробно разлагане (ферментация) . По време на анаеробно смилане органична материя(естествени отпадъци) се разлагат при липса на кислород. Този процес протича на три етапа, включващи два различни групибактерии. На първия етап комплекс органични съединения(мастни киселини, протеини, въглехидрати) в резултат на ензимна хидролиза се превръщат в по-прости съединения. Във втория етап, простите съединения са изложени на група от анаеробни (или киселинно-продуциращи) бактерии, което води до образуването на предимно летливи мастни киселини. На третия етап органичните киселини под действието на строго анаеробни (или произвеждащи метан) бактерии се превръщат във въглероден диоксид и метан. След този етап се получава газ, обогатен с метан (биогаз), чиято калоричност е 5340-6230 kcal/m 3 .

Ersatzgas от твърда биомаса, като дървесина, има значително предимство пред биогаза, получен от оборски тор, оборски тор: на разположение на тези, които участват в производството на такъв газ, впечатляващи обеми отпадъци от дъскорезница, дърводобив и дървообработване. Освен това на европейския пазар цените на дъскорезниците и дървообработващите отпадъци, за разлика от цените на селскостопанските продукти, които се използват за производство на биогаз, варират много по-малко. Не трябва да забравяме, че използването на селскостопански продукти (зърно, царевица, рапица и др.) за производство на биогаз в крайна сметка води до по-високи цени на хранителните пазари. В допълнение, отпадъчната топлина от химическата реакция има по-висока температура от отпадъчната топлина от реакциите на ферментация в класическите инсталации за биогаз. От това следва, че топлинната енергия, освободена по време на процесите на метаниране на дървесина, може да се използва по-ефективно в регионалното топлоснабдяване. Важно е също така, че за разлика от класическите инсталации за биогаз, при инсталациите за производство на метан от дървесина няма неприятни миризми по време на работа. В допълнение, тези инсталации заемат много по-малко място от класическите и могат да бъдат разположени в рамките на градски агломерати.

Технологии

Резултатът от метода на ферментация (анаеробна ферментация), който обикновено се използва днес за производство на биометан от селскостопански субстрати, е биометан, който се състои предимно от метан и въглероден диоксид. След това биометанът трябва да премине специална подготовка и пречистване до качеството на природен газ чрез отделяне на CO 2 . Загубата на топлина по време на ферментацията ограничава степента на ефективност на цялата верига на процеса. Ефективността е 50-60%.

При производството на синтетичен природен газ (Substitute Natural Gas - SNG) от въглеродсъдържащо твърдо гориво като въглища или биомаса (дърво), след термична газификация в първия етап на процеса се получава т.нар. синтетичен газ, от който след пречистване от всички видове примеси (главно от въглероден диоксид и серни и хлорни съединения) се синтезира метан. Този екзотермичен процес протича при температура от 300 до 450 °C и налягане от 1-5 bar в присъствието на подходящ катализатор. В този случай възникват следните реакции:

Вижте формулите в

За разлика от анаеробната ферментация, термичната газификация на биомаса постига по-висока ефективност, тъй като отпадната топлина от производството на SNG може винаги да се използва на място.

По принцип производството на метан от синтезен газ, както и от газови смеси от водород (H 2) и въглероден оксид (CO) е много стара технология. Френският химик Пол Сабатие изобретил метод за получаване на метан, наречен на негово име: реакцията на Сабатие или процесът на Сабатие (фр. Sabatier-Reaktion). През 1912 г. той получава за това Нобелова наградав областта на химията. Този процес е реакцията на водород с въглероден диоксид при повишена температура и налягане в присъствието на никелов катализатор за получаване на метан. Рутеният с алуминиев оксид може да се използва като по-ефективен катализатор.

Процесът се описва със следната химична реакция:

CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O.

Тъй като и двете реакции са силно екзотермични, без специални мерки за охлаждане на реакторите или рециркулация, ако се нагрее до 600 °C, катализаторът ще бъде унищожен. В допълнение, при високи температури, термодинамичното равновесие на H 2 и CO се измества, така че достатъчно висок добив на метан може да бъде постигнат само при температури под 300 °C.

Технологията за газификация е създадена още през 1800 г. за производството на синтетичен газ, който е необходим за осветлението на градовете, а също така се използва като топлоносител за битови и промишлени цели (металургия, парни двигатели и др.). На газификация са подложени както въглищата, така и растителната биомаса и продуктите от нейната преработка (дървени въглища).

Използвайте основния процес на газификация на въглища за производство на синтетика химически веществаи горива започва през 20-те години на миналия век в института Кайзер Вилхелм при изследване на въглища в град Мюлхайм на Рур (Германия). В този институт Франц Фишер и Ханс Тропш изобретяват метод за производство на синтезен газ (синтетичен газ) за производство на течно гориво от въглища в Германия. Процесът на Фишер-Тропш или синтезът на Фишер-Тропш (FTS) е химическа реакция, протичащ в присъствието на катализатор (желязо, кобалт), в който смес от въглероден оксид (CO) и водород (H 2), тоест синтезен газ, се превръща в различни течни въглеводороди. Получените въглеводороди се пречистват до получаване на целевия продукт - синтетично масло. Въглероден диоксид и въглероден оксид се образуват по време на частичното окисление на въглища и/или дървесно гориво.

Процесът на Фишер-Тропш се описва със следното химично уравнение:

CO + 2H 2 → --CH 2 -- + H 2 O
2CO + H 2 → --CH 2 -- + CO 2 .

Синтезният газ, получен след газификация на въглища или твърди въглеродни отпадъци, може директно да се използва като гориво, без допълнително преобразуване чрез процеса на Фишер-Тропш. По този начин е доста лесно да се направи преход от газово гориво към течно гориво. По време на Втората световна война в Германия синтезът на Фишер-Тропш се използва в осем завода за производство на синтетично дизелово гориво (около 600 хиляди тона годишно). Проектът е изцяло финансиран от държавата. След края на Втората световна война в Германия всички тези фабрики бяха затворени и частично заедно с технологията бяха изнесени като репарации в САЩ, а оттам се разпръснаха по света. По същото време в Република Южна Африка South African Synthetic Oil Ltd. (SASOL), използвайки немска технология, започна да произвежда синтетични горива и към днешна дата в своите четири завода в Южна Африка и един завод в Катар произвежда повече от 200 хиляди барела петролен еквивалент течни въглеводороди годишно. Южна Африка отдавна е единствената страна в света, която развива SFT процеса. Но след кризата от 1973 г. световните петролни и енергийни компании в много страни (особено САЩ и Германия) започнаха да проявяват интерес както към производството на синтетични течни горива, така и към производството на природен синтетичен газ.

Разработени са редица проекти за производство на природен синтез газ, но само един от тях е успешно реализиран в индустриален мащаб. През 1984 г. в Съединените щати стартира инсталацията за метаниране на лигнитни въглища Great Plains Synfuels Plant (Dakotagas Company), която и до днес произвежда синтетичен природен газ, подаван в мрежата, през която се транспортира природният газ. Дневният капацитет на централата е 3,9 милиона m 3 SNG.

Редно е да си припомним опита съветски съюз, където от края на 20-те до 50-те години на миналия век газовите генератори работят с помощта на дърва (дърва за огрев и дървени въглища) и торф за производство на газообразно моторно гориво. През 1929 г. в СССР е построена първата голяма газогенераторна станция, работеща на торф, а през следващите години са построени редица други подобни станции в големи предприятия. Производството на дървесен газ се използва главно за транспортно гориво. След началото на развитието на Западен Сибир и откриването на най-големите находища на синьо гориво в света, производството на газ в СССР, за съжаление, беше незаслужено забравено.

Получаване на метан от дърво

При газификация биомасата с химична формула CH n O m се превръща първо в синтезен газ, състоящ се от водород и въглероден оксид. От стехиометричен общо уравнениереакции на метаниране на биомаса със сумарната формула

CH 1.23 O 0.38 + 0.5025 H 2 O → 0.55875 CH 4 + 0.44125 C 2 O

от това следва, че водата или водната пара трябва да се подават към метановия реактор и въглеродният диоксид трябва да бъде отстранен от него. Тук има няколко възможности: или CO 2, както при индустриалния синтез, се отстранява от синтезния газ директно от метановия реактор, или, както при получаването на биогаз (ферментация), след процеса на метаниране, вече от нерафиниран синтетичен природен газ . Предимството на първия метод пред останалите е, че вече пречистен газ влиза в цикъла на метаниране. Предимствата на втория метод са, че метановият реактор може да работи с излишък от водна пара, което значително намалява образуването на въглерод.

Работата в тези области се извършва в Института Paul Scherrer (Швейцария), който по-специално участва в написването на Програмата за производство на метан от биомаса с помощта на нови технологии (в каталитично активни вихрови слоеве) в рамките на проекта на ЕС BioSNG . Тази технология е внедрена на практика в топлоелектрическата централа в австрийския град Гюсинг. Инсталацията за синтез на метан, пусната в експлоатация през 2009 г., е с мощност 1 MW и работи на дървесен чипс. Проект за 30 MW дървесен метан в момента се обсъжда в Гьотеборг, Швеция. Подобна работа се извършва в Германия (Щутгарт, ZSW), Холандия (Energy Research Center, ECN) и в Института по топлотехника Технически университетв Грац (Австрия) в сътрудничество с Agnion в Pfaffenhofen an der Ilm (Германия).

Ефективност на синтеза на метан от биомаса

При получаване на метан във всяка фаза на процеса, както във всеки процес на синтез, загубите са неизбежни. При възникване на екзотермични реакции се отделя топлина, чието енергийно съдържание не може да бъде в крайния продукт на синтеза повече от химически свързаната енергия по време на процеса на синтез. За метанирането това означава, че само около 60% от енергията на използваната биомаса се съхранява в крайния продукт - SNG.

Но тъй като отвежданата топлина има висока температура - от 200 до 400 °C, тя може да се използва на място. Поради тази причина малките инсталации за синтез на метан стават особено печеливши, тъй като е възможно да се реши проблемът с използването на отпадната топлина със 100%, например за отопление на частни домакинства, ферми, приложения в сушилни комплекси и др. използват не само отпадъчната топлина от процеси на газификация и метаниране, но и топлината на кондензация на водни пари в нерафиниран синтетичен газ, който съдържа до 50% водни пари. Общият коефициент на полезно действие при такова пълно оползотворяване на топлинната енергия и продажбите на получения SNG към газовата мрежа и газохранилището е близо 95%. Възвръщаемостта на такива проекти е само няколко години.

Поради факта, че природният газ винаги може да се използва с много по-висока ефективност от твърдите горива от биомаса, по-разумно е да се използва метан, получен от дървесина, отколкото директно да се изгарят твърди биогорива. Причината: при използване на природен газ за производство на електроенергия в газова или парна турбина се получават до 60% от електроенергията, а при изгаряне на твърдо гориво от биомаса е много трудно да се реализират проекти с добив на електроенергия над 30%. Също така, с децентрализирано производство на електроенергия до 1 MW / h, когенерационните газови електроцентрали, използващи синтез газ, са по-ефективни от ТЕЦ, използващи органичен цикличен процес (ORC - процес) и изгарящи твърди биогорива.

Работата на такива топлоелектрически централи се основава на последователност от цикли на термодинамичния циркулационен процес (ORC - органичен цикъл на Ранкин) на работен флуид с висока молекулно тегло(термично масло, органични изпаряващи се вещества). Циркулационната помпа изпомпва работната течност в топлообменника на високотемпературния органичен охладител, където се изпарява. Парите на течността задвижват турбината, след което постъпват в следващия топлообменник, където, охлаждани от вода или въздух, кондензират. Кондензатът постъпва в колектора на циркулационната помпа и термодинамичният цикъл (ORC) се повтаря. Нито охлаждащата течност, нито охлаждащата течност са в пряк контакт с турбината или работната течност. Чрез процеса ORC топлоелектрическите централи постигат висока мощност, експлоатационна надеждност и икономичност.

Дори производството само на една топлинна енергия с помощта на биометан е конкурентно с конвенционалните методи за производство на топлина. Ако отпадната топлина от процеса на метаниране на дървесина се използва локално (децентрализирано) и произведеният газ отива в съоръжение за съхранение на природен газ, се получава обща степен на използване от 93%, което например топлоелектрически централи, използващи дървесен чипс или пелети не постигат (КПД на самата централа е по-нисък и освен това има загуби в топлопреносните мрежи).

Наред с готовия синтез газ със същото качество като природния газ, големите газови топлоелектрически централи могат да използват и „суров“ синтез газ за съвместно изгаряне с природен газ, което значително ще намали цената на генерираната енергия.

Газ от биомаса или изкопаем природен газ?

Синтетичният природен газ (SNG) е пречистен синтетичен газ, който има същите характеристики като природния газ.

Според изчисленията на Agnion себестойността на производството на SNG от дървесен чипс в инсталации до 1 MW е 8-10 евроцента/kWh.

Производствените разходи за биометан са сравними с разходите за добив и транспорт на изкопаем природен газ. Засега обаче такова производство е неконкурентоспособно. Всичко ще зависи от световните цени на петрола. Ако цената на суровия петрол например е 100 долара за барел, то в Германия за индустриални клиенти цената на природния газ е 5-6 евроцента/kWh. За частните домакинства цената ще е по-висока - 8-10 евроцента/кВтч. При многократно прогнозираната цена на петрола от над 200 долара за барел, природният газ ще струва дори на промишлени клиенти постоянно повече от 10 цента/kWh. При това условие производството на SNG от биомаса би могло да бъде икономически изгодно и без субсидии по Закона за ВЕИ. А в Украйна при сегашните цени се получава синтез газ на половината от цената на природния газ. Те разработват собствен проект за получаване на синтез газ чрез газификация на смес от стърготини, слама, торф и въглища. Съставът му: до 25-30% метан, 30-35% въглероден оксид, а останалите 6% - азот и въглероден диоксид.

В момента енергийните нужди на света възлизат на приблизително 11-12 милиарда тона стандартно гориво (cf) и се задоволяват от нефт и газ с 58-60%. Ресурсите от годишно възобновяема растителна биомаса са енергийно 25 пъти по-високи от обема на добития петрол. Понастоящем изгорената растителна биомаса представлява приблизително 10% от консумираните енергийни ресурси (приблизително 1 милиард тона еквивалент на гориво), в бъдеще значително разширяване на използването на биомаса под формата на продукти от нейната преработка (течни, твърди горива и др.) и на първо място се очакват отпадъци, които се натрупват и разлагат, замърсявайки околната среда.

Търсенето на петрол и природен газ ще се увеличи, като в същото време ще има подобрения в енергийното използване на растителната биомаса (в допълнение към директното й изгаряне). Със сигурност в това прекрасно бъдеще за биоенергията горните технологии ще бъдат търсени на съвсем различно, индустриално ниво. Във всеки случай искам да вярвам в това.

Сергей ПЕРЕДЕРИЙ,
EKO Holz-und Pellethandel GmbH,
Дюселдорф, Германия

Получаването на метан от въглероден диоксид е процес, който изисква лабораторни условия. Така през 2009 г. в Университета на Пенсилвания (САЩ) беше произведен метан от вода и въглероден диоксид с помощта на нанотръби, състоящи се от TiO 2 (титанов диоксид) и съдържащи примес от азот. За да получат метан, изследователите поставят вода (в състояние на пара) и въглероден диоксид в метални контейнери, затворени с капак с нанотръби от вътрешната страна.

Процесът на получаване на метан е следният - под въздействието на слънчевата светлина вътре в тръбите се появяват частици, носещи електрически заряд. Такива частици разделят водните молекули на водородни йони (Н, които след това се комбинират в водородни молекули Н2) и хидроксилни радикали (-ОН частици). Освен това, в процеса на получаване на метан, въглеродният диоксид се разделя на въглероден оксид (CO) и кислород (O 2). Накрая, въглеродният окис реагира с водорода, за да произведе вода и метан.

Обратната реакция - производството на въглероден диоксид възниква в резултат на парна деформация на метан - при температура 700-1100 ° C и налягане 0,3-2,5 MPa.

Ръководители на Института по индустриални науки, Университет на Токио, Национален институтнаука и напреднали технологии (Национален институт за напреднали индустриални науки и технологии, AIST), Hitachi Zosen Corp, JGC Corp и EX Research Institute Ltd на 18 ноември 2016 г. решиха да организират нова съвместна изследователска група „CCR (улавяне и повторно използване на въглерод) проучване Група". Тази група ще разработи широкомащабни технологии, които могат да произвеждат течни и газообразни горива като метан, използвайки атмосферен въглероден диоксид и водород, произведен чрез електролиза, използвайки енергия от чисти възобновяеми източници.

Тази група ще се съсредоточи основно върху изследвания, насочени към повишаване на ефективността на използването на енергия от възобновяеми източници, ефективността на технологиите за извличане на въглероден диоксид от атмосферата и по-нататъшното му използване, както и разработването на нови, по-модерни методи за получаване на водород от вода чрез електролиза.

Бъдещите технологии ще се основават на доста добре известни физични процеси и химични трансформации, реализирани на съвременното технологично ниво. Въглеродният диоксид, изпускан в атмосферата при изгарянето на всякакъв вид изкопаеми горива, ще реагира с водород. Този водород ще се получава чрез електролиза, а необходимата за това енергия ще идва изключително от екологично чисти източници, основно от слънчеви и вятърни електроцентрали.

Тази технология се счита не само за чист източник на течни и изкопаеми горива. Друга функция на тази технология ще бъде съхраняването под формата на гориво на излишната енергия, получена от слънчеви и вятърни електроцентрали в часовете на нейното минимално потребление.

Групата CCR ще се занимава с всички съществуващи форми на възобновяема чиста енергия. Освен това нов ефективни методипроизводство на водород, освобождаване на въглероден диоксид и превръщането му в гориво.

Работата по всички проучени и разработени технологии ще се извършва от две позиции. Първата позиция ще бъде създаването на малки по размер, по възможност мобилни инсталации с не много голям капацитет, които да осигурят нуждите на отделна малка група хора с газ метан (децентрализиран модел). И второто направление ще бъде развитието на мащабни производствени системи, които ще имат достатъчно голям капацитет и които могат да бъдат включени в общата енергийна мрежа на страната (централизиран модел).

Мравчената киселина, чиято формула е HCOOH, е най-простата монокарбоксилна киселина. Както става ясно от името му, източникът на откритието му са характерните секрети на червените мравки. Въпросната киселина е част от отровното вещество, отделяно от жилещите мравки. Съдържа и горяща течност, която се образува от жилещите гъсеници на копринената буба.

За първи път разтвор на мравчена киселина е получен по време на опитите на известния английски учен Джон Рей. В края на седемнадесети век той смесва вода и червени дървесни мравки в съд. След това съдът се нагрява до кипене и през него се пропуска струя гореща пара. Резултатът от експеримента беше да се получи воден разтвор, чиято отличителна характеристика е силно кисела реакция.

В средата на осемнадесети век Андреас Сигизмунд Маргграф успява да получи чиста мравчена киселина. Безводната киселина, която е получена от немския химик Юстус Либих, се счита за най-простата и най-силна карбоксилна киселина в същото време. Според съвременната номенклатура се нарича метанова киселина и е изключително опасно съединение.

Към днешна дата получаването на представената киселина се извършва по няколко начина, включително редица последователни етапи. Но е доказано, че водородът и въглеродният диоксид могат да се превърнат в мравчена киселина и да се върнат в първоначалното си състояние. Развитието на тази теория е извършено от немски учени. Уместността на темата беше да се сведе до минимум приема на въглероден диоксид в атмосферен въздух. Този резултат може да бъде постигнат чрез активното му използване като основен източник на въглерод за синтеза на органични вещества.

Иновативната техника, разработена от немски специалисти, включва осъществяване на каталитично хидрогениране с образуване на мравчена киселина. Според него въглеродният диоксид става едновременно основен материал и разтворител за разделяне краен продукт, тъй като реакцията се провежда в суперкритичен CO2. Благодарение на този интегриран подход едноетапното производство на метанова киселина става реалност.

Процесът на хидрогениране на въглероден диоксид с образуването на метанова киселина в момента е един от обектите на активни изследвания. Основната цел, преследвана от учените, е да се получат химически съединения от отпадъчни продукти, които се образуват в резултат на изгарянето на изкопаеми горива. В допълнение към широкото разпространение на мравчена киселина в различни индустрии, трябва да се отбележи нейното участие в съхранението на водород. Възможно е ролята на гориво за превозни средства, оборудвани със слънчеви панели, да играе тази киселина, от която чрез каталитични реакции може да се извлича водород.

Образуването на метанова киселина от въглероден диоксид чрез хомогенна катализа е обект на изследване от специалисти от 70-те години на миналия век. Основната трудност е изместването на равновесието към изходните материали, което се наблюдава на етапа на равновесната реакция. За да се реши проблемът, е необходимо да се отстрани мравчената киселина от състава на реакционната смес. Но в момента това може да се постигне само ако метановата киселина се превърне в сол или друго съединение. Следователно е възможно да се получи чиста киселина само при наличие на допълнителен етап, който се състои в разрушаването на това вещество, което не позволява да се постигне организирането на непрекъснат процес на образуване на мравчена киселина.

Все по-популярна обаче става една уникална концепция, която се разработва от учени от групата Walter Leitner. Те предполагат, че интегрирането на етапите на хидрогениране на въглероден диоксид и изолирането на продукта с тяхното изпълнение в рамките на един и същ апарат позволява да се направи процесът на получаване на чиста метанова киселина непрекъснат. Как учените успяха да постигнат максимална ефективност? Причината за това е използването на двуфазна система, в която подвижната фаза е представена от суперкритичен въглероден диоксид, а неподвижната фаза е представена от йонна течност, течна сол. Трябва да се отбележи, че йонната течност е използвана за разтваряне както на катализатора, така и на основата за стабилизиране на киселината. Потокът от въглероден диоксид в условия, при които налягането и температурата надвишават критичните стойности, допринася за отстраняването на метановата киселина от състава на реакционната смес. Важно е наличието на свръхкритичен въглероден диоксид да не води до разтваряне на йонни течности, катализатор, основа, осигурявайки максимална чистота на полученото вещество.