Ученые ПИШ СПбГУ создали технологию получения водорода из природного газа в лазерной плазме

Главным источником выбросов парниковых газов в мире являются предприятия энергетического сектора экономики: на их долю приходится более 70 % всех выбросов. Несмотря на ряд мер по предотвращению вредного воздействия производств на экологию, выбросы парниковых газов в атмосферу все еще достаточно велики.

Результаты исследования опубликованы в Russian Journal of General Chemistry. Исследование, проводимое в рамках национального проекта «Наука и университеты» и соответствующее целям нацпроекта «Экология», поддержано грантом Российского научного фонда.

Как объяснила заместитель директора Передовой инженерной школы СПбГУ, доцент кафедры экономики предприятия, предпринимательства и инноваций СПбГУ Мария Ветрова, при сжигании углеводородов (природный газ, нефть, бензин, солярка и другие) образуются углекислый и угарный газы. При этом продуктом горения водорода является вода. Таким образом, использование водородного топлива на предприятиях, в транспорте и в домохозяйствах позволит существенно снизить антропогенное влияние на мировую экологию.

Переход на водородное топливо поддерживается в рамках энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года, а развитие технологии переработки углеводородного топлива в водородное позволит отечественным производителям занять лидирующие позиции в данной отрасли.

Санкт‑Петербургский университет является лидером в списке научных организаций России по количеству публикаций в научных журналах, индексируемых Scopus, по теме зеленого энергоперехода.

Одним из широко распространенных способов получения водородного топлива является электролиз воды — ее расщепление на кислород и водород с помощью электричества. Однако этот способ лишь позволяет переводить с некоторыми потерями имеющуюся электрическую энергию в водородное топливо, а саму энергию по‑прежнему необходимо получать из других источников.

Для решения этой проблемы ученые Санкт‑Петербургского университета создали технологию получения водорода из природного газа в лазерной плазме.

Подобно тому, как проходит электролиз воды, мы можем организовать пиролиз углеводорода, то есть превратить топливо с так называемым углеродным следом в экологически нейтральное. Так, используя лазерное излучение, мы раскладываем природный газ на составные элементы и получаем водород, перспективный для создания экологичного топлива.

Профессор кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения СПбГУ Алексей Поволоцкий

При использовании лазерного пиролиза углеводородов происходит превращение топлива с углеродным следом в экологически нейтральное топливо. Этот процесс представляет собой отрыв атомов водорода от молекул природного газа в плазме, которая формируется сфокусированным лазерным пучком. При этом углерод собирается в виде твердой фазы.

Как объяснил, руководитель проекта, Юрий Станиславович Тверьянович, доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой лазерной химии и лазерного материаловедения, Отличительной особенностью метода является возможность использования существующей системы газопроводов и генерации водородного топлива непосредственно перед его использованием потребителем. Это исключает необходимость дорогостоящих мероприятий по хранению и транспортировке водорода, обладающего повышенной текучестью и взрывоопасностью.

Глава Минобрнауки сообщил, что бизнес активно вкладывается в передовые инженерные школы

Результаты проведенной в СПбГУ работы показали перспективность данных разработок, теперь ученые Университета в рамках деятельности ПИШ СПбГУ планируют провести дополнительные научно‑исследовательские работы с последующим выходом на опытно‑конструкторскую разработку малогабаритных устройств бытового применения.

Исследование ученых Университета, направленное на получение водорода из природного газа под действием лазерного изучения, поддержано грантом Российского научного фонда. Сегодня Санкт‑Петербургский университет является лидером по количеству грантов РНФ: в 2022 году ученые СПбГУ получили 112 грантов, это 5,5 % от общего числа победивших проектов и наибольшее число грантов для одной организации. В 2023 году Университет сохранил лидерство по данному конкурсу РНФ: ученые СПбГУ получили 70 грантов, это 5 % от общего числа победивших проектов.

Передовая инженерная школа «Междисциплинарные исследования, технологии и бизнес‑процессы для минерально‑сырьевого комплекса России» была создана на базе СПбГУ в 2024 году. Ее цель — подготовка высококвалифицированных инженеров, чьи достижения позволят развивать технологический суверенитет России и в партнерстве с высокотехнологичными компаниями создавать новые продукты и решения для сырьевого сектора.

В настоящее время в рамках ПИШ СПбГУ активно функционирует лаборатория геохимического анализа нефти. Лаборатория имеет современное аналитическое оборудование для проведения исследований состава нефти и пластовой воды. Данные исследования позволяют решать ряд практических задач: анализ и прогноз факта существования аккумуляций углеводородов и их физико‑химических свойств, выявление причин и прогноз зон битуминизации коллекторов, получение количественного адресного притока нефти из каждого пласта при совместной эксплуатации пластов и другие.

Разрабатываемые технологии контроля строятся на отечественном аналитическом оборудовании и отечественных разработках геохимического анализа нефти и подтоварной воды, анализе и модернизации существующих методов исследования.

Также в рамках ПИШ представлены и другие лаборатории, научные исследования и разработки которых проводятся в области прикладной геофизики и седиментологии карбонатных резервуаров, инженерно‑экономического моделирования.

Сотрудничество с «Газпром нефтью» ведется в рамках проекта компании «Лига вузов» — комплексной системы сотрудничества с высшими учебными заведениями, ориентированной на развитие партнерств и кросс‑функционального взаимодействия.