Газ без труб: Порошковий транспорт

Всякому жителю нашої країни відомо: газ передають по трубах. Однак хіміки працюють і над альтернативним способом транспортування - у формі порошку «сухої води».

Ендрю Купер (Andrew Cooper) і його колеги розробляють спосіб зберігання природного газу - метану - в не зовсім звичайній речовині, відомій під назвою «суха вода». Це суміш порошку кремнієвого оксиду і води, яка і виглядає, і поводиться, як сухий порошок. При додаванні метану він реагує з водою, утворюючи кристалічний газовий гідрат, в якому окремі молекули газу укладені в «коробочки» молекул води.

Не займайтеся самолікуванням! У наших статтях ми збираємо останні наукові дані і думки авторитетних експертів у сфері здоров'я. Але пам'ятайте: поставити діагноз і призначити лікування може тільки лікар.

У майбутньому подібний метод дозволить не тільки транспортувати, а й зберігати запаси природного газу без складних заходів безпеки, які потрібні сьогодні. Це тим більше зручно, що, за оцінками фахівців, до 70% розвіданих запасів газу знаходяться в невеликих природних кавернах, підводити труби до яких економічно невигідно.

Гідрат метану утворюється і природним шляхом, в природі, коли газ змішується з водою при високому тиску і низької температури. Великі відкладення цієї речовини зберігаються в морських глибинах, і вважається, що глобальне потепління може призвести до виділення з них газу, який, потрапляючи в атмосферу, стане новим і досить серйозним фактором, що посилює потепління.

Проекти зі зберігання та перевезення метану у формі сухого гідрату розроблялися і раніше. Японська компанія Mitsui Engineering and Shipbuilding веде розробку «газових суховантажів», які не тільки транспортували б метановий гідрат від віддалених родовищ, але і самі б отримували з нього енергію.

Однак основна проблема подібних систем - те, що для утворення гідрату метану потрібні низька температура і високий тиск, та й протікає цей процес вкрай повільно. Крім того, в ході реакції утворюється шар гідрату, який ізолює реагенти один від одного і гальмує її, так що суміш необхідно постійно перешкоджати, що теж позначається на вартості порошкового продукту.

Втім, працюючи під керівництвом Ендрю Купера, дослідники знайшли рішення цієї проблеми: використовувати замість звичайної води «суху». У цьому матеріалі молекули води утворюють крихітні окремі частинки, загальна поверхня яких дуже велика, що збільшує площу контакту між реагентами і істотно прискорює протікання реакції. Звичайно, для цього попередньо потрібно отримати саму «суху воду», змішавши звичайну воду з колоїдальною двоокисом кремнію. Сама по собі вона уявляє найдрібніші гранули, поверхня яких гідрофобна і не дає частинкам води зливатися разом. Так і виходить «суха вода» - на вигляд абсолютно звичайний сухий порошок, але якщо його потерти в пальцях, вони намокнуть, оскільки з нього виділиться вода.

У своїй роботі Ендрю Куперу вдалося показати, що «суха вода» здатна вбирати значні кількості метану з утворенням молекул гідрату: у 6 грамах цього порошку може зберегтися до 1 л газу. Це співвідношення вже майже досягло рівня, достатнього для економічно вигідного зберігання. На додачу, порошок «сухої води» виходить з дуже дешевих вихідних матеріалів, що вигідно відрізняє його від інших кандидатів на роль «хімічного сховища» природного газу.

Втім, до реального використання подібного методу в промисловості ще далеко. І основна проблема - температура: для збереження гідрату метану потрібно підтримувати її на рівні -70 ° C (при атмосферному тиску), а якщо ми хочемо підвищити цю планку, потрібно створити високий тиск.

За словами Купера, його групі вдалося підібрати сольові добавки, які при додаванні у воду дозволяють істотно підвищити температурну межу збереження в ній стабільних молекул гідрату метану. На жаль, отримати з такого розчину «суху воду» набагато складніше, і тепер вченим належить вирішити ще й цю проблему.

Існує і ще одна складність: після декількох послідовних циклів збереження і вивільнення газу ефективність зв'язування помітно падає і суміш доводиться відновлювати. У лабораторії це робиться досить просто - сильним перемішуванням в блендері - але в промислових масштабах може стати новою проблемою.

Якщо фахівцям вдасться впоратися з усіма цими труднощами, можливо, саме в «сухій воді» будуть доставляти газ з Титана - одного з невеликих супутників Сатурна, де запасів вуглеводнів в сотні разів більше, ніж на всій нашій планеті. Читайте про це: «Нафтовий клімат».

Публікація Nature