В основе использующейся в углеводородной энергетике новейшей технологии химического циклирования с кислородной аккумуляцией лежат так называемые CLOU-процессы (Chemical looping with oxygen uncoupling). С их помощью обеспечивается поступление кислорода не из воздуха, а из твердых оксидов переходных металлов, что дает возможность легко разделить продукты сгорания и утилизировать углекислый газ.
Схема работы CLOU-процесса
Кислородный носитель циркулирует между двумя соединенными между собой псевдоожиженными реакторами: топливным и воздушным реактором. В процессе CLOU носитель кислорода выделяет газообразный кислород в топливном реакторе, который сжигает уголь, как при обычном сжигании с воздухом, поэтому образующийся CO 2 не разбавляется азотом. Восстановленный носитель кислорода окисляется воздухом до исходного оксида металла в воздушном реакторе и готов к запуску нового цикла.
Эффективность улавливания углерода при этой технологии достигает 99 %.
Чтобы исключить потери при сжигании топлива, оксидные материалы должны быстро аккумулировать значительное количество кислорода, затем выделять его и после этого восстанавливаться, сохраняя при этом свой химический состав.
В качестве одного из таких материалов ученые предлагают использовать модифицированный кобальтом манганит празеодима бария (PrBaMn2O6).
«Наша группа обнаружила, что введение атомов кобальта в оксид PrBaMn2O6 стабилизирует его структуру, она сохраняется при изменениях температуры и состава газовой среды», — рассказал Алексей Сунцов, ведущий научный сотрудник ИХТТ УрО РАН, доцент института новых материалов и технологий УрФУ.
Исследование свойств манганита под руководством Алексея Сунцова / Фото: Владимир Анисимов.
Детально изучив фундаментальные и функциональные характеристики манганита, модифицированного кобальтом, ученые обнаружили, что добавка кобальта активирует некоторые области материала, благодаря этому выход кислорода из него значительно облегчается.
«Заменив часть атомов марганца на кобальт, мы увеличили общее количество кислорода в оксиде, которое доступно для быстрого выделения при сжигании углеводородов. Это привело к рекордному наращиванию кислородной емкости материала, объемов и скорости выделения кислорода в сравнении с исходным манганитом. Таким образом, мы получили подтверждение того, что исследованные составы обладают отличными перспективами использования в CLOU-процессах», — пояснил Алексей Сунцов.
Полученный результат поможет специалистам понять, как можно направленно модифицировать химический состав новых материалов, чтобы увеличить кислородную емкость и скорость кислородного обмена в них.
Возможно, что у углеводородной энергетики появляется второй шанс и ее еще рано списывать, как грязную энергетику.
