Достижение реализовано за счёт создания и применения нового молибденсодержащего катализатора на подложке Al₂O₃ и раскрытия механизма реакции сероводород-метанового риформинга (СВМР) на его поверхности.

Водородная энергетика является одним из направлений Энергетической стратегии Российской Федерации в сфере охраны окружающей среды и достижения национальных целей России в области климатической политики. В комплекс первоочередных мер по решению поставленных задач входит разработка отечественных низкоуглеродных и ресурсосберегающих технологий производства водорода.

В настоящее время наиболее экономически эффективным способом получения водорода с низким углеродным следом является его производство на базе технологий паровой конверсии метана и газификации угля с обеспечением улавливания углекислого газа.

В ходе процесса каталитического парового риформинга (КПР) на сегодняшний день производится более 50 % от общего объема газообразного водорода. Несмотря на технологическую реализованность, принципиальным недостатком процесса КПР является значительная эмиссия углекислого газа, так как диоксид углерода (СО₂) является непосредственным продуктом реакции вследствие сжигания метана.

Более экологичной, низкоуглеродной технологией является получение водорода из метана (СН₄) и сероводорода (Н₂S) — каталитический сероводород-метановый риформинг (СВМР), при котором продуктами реакции являются газообразный водород (H₂) и сероуглерод (CS₂). В ходе реакции не происходит образования нежелательного углекислого газа, в тоже время образующийся сероуглерод является ценным химическим сырьём: он широко используется в фармацевтике и при получении пестицидов. Кроме того, переработка сероводорода и метана путем СВМР может осуществляться непосредственно на газовом месторождении из добываемого сырья без предварительного отделения сероводорода.

По этим причинам каталитический сероводород-метановый риформинг как способ получения газообразного водорода представляет собой экологически и экономически более привлекательную альтернативу каталитическому паровому риформингу.

На данный момент в научных кругах отсутствует консенсус относительно механизма и стадий СВМР, в связи с чем изучение этого процесса является одной из наиболее актуальных задач современных исследователей.

Сотрудники Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр Российской академии наук» исследовали процесс СВМР с использованием молибденсульфидного катализатора на подложке Al₂O₃. Впервые в ходе химической реакции было выявлено образование промежуточного вещества — интермедиата CH₃S*. Был предложен механизм реакции с его участием (см. рис.), согласно которому метан активируется частицами серы, расположенными на поверхности катализатора, что существенным образом повышает устойчивость катализатора за счёт снижения коксовых отложений.

Именно образование радикалов CH₃S* позволяет избежать дальнейшую диссоциацию радикалов СН₃*, которая привела бы к образованию отложений углерода на поверхности катализатора — коксованию, и существенно снижала бы его активность.

Полученные данные вносят существенный вклад в понимание механизма СВМР, они послужат фундаментом для дальнейших исследований мировым научным коллективам, работающим в смежных областях, и выступят катализатором промышленного внедрения технологии получения водорода путём сероводород-метанового риформинга.

Исследования проведены в рамках крупного научного проекта «Экология промышленных городов: создание единого комплекса нестандартных научно-технологических решений для мониторинга окружающей среды, нейтрализации и последующей глубокой переработки промышленных и бытовых отходов» при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.

Результаты исследований опубликованы в Journal of Catalysis издательского дома Elsevier.

Источник: пресс-служба Минобрнауки России.