Химики Передовой инженерной школы СПбГУ разработали технологию разложения природного газа на составные элементы, в том числе водород, перспективный для создания экологичного топлива посредствам пиролиза в лазерной плазме. Исследование, проводимое в рамках национального проекта «Наука и университеты» и соответствующее целям нацпроекта «Экология», поддержано грантом Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в Russian Journal of General Chemistry.

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.

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

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.

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», — рассказал 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.

Отличительной особенностью метода является возможность использования существующей системы газопроводов и генерации водородного топлива непосредственно перед его использованием потребителем. Это исключает необходимость траты средств на хранение и транспортировку водорода, обладающего повышенной текучестью и взрывоопасностью.

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.

Для информации
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.