Нанокатализатор поможет производить экологичный бензин для автомобилей

Сегодня более половины семей России имеют хотя бы один автомобиль. Больше всего машин сконцентрировано в крупных городах, что негативно влияет на их экологию: до 80% загрязнения воздуха объясняется вкладом выхлопов автотранспорта. Чтобы снизить нагрузку на природу, теперь в стране применяют бензины экологического класса 5 и выше, благодаря которым выделяется меньше опасных продуктов сгорания. Это связано с тем, что в них мало серы и иных вредных добавок, которые раньше использовали для повышения октанового числа, характеризующего детонационную устойчивость топлива и связанную в том числе и с обеспечением более долгой службы двигателя.

Однако и относительно безопасное топливо нового поколения содержит вредные для атмосферы и здоровья людей ароматические соединения. Среди них — бензол, который вызывает онкологические заболевания. Для улучшения экологических характеристик в состав товарных бензинов добавляют экологически чистые компоненты, главными из которых являются изомеризат, алкилат и кислородосодержащие добавки.

«Высокооктановые компоненты, такие как изомеризат и алкилат, существенно улучшают экологические показатели бензина — они снижают содержание ароматических углеводородов, уменьшают нагарообразование и, самое главное, сокращают вредные выбросы — бензол, монооксид углерода и углекислый газ. Все это предотвращает отравление окружающей среды», — рассказал ведущий научный сотрудник отдела каталитических процессов Центра новых химических технологий ИК СО РАН, доктор химических наук Михаил Смоликов.

Сотрудники ЦНХТ ИК СО РАН предложили производить высокооктановый изомеризат из гептановой фракции прямогонного бензина, выкипающей в интервале 70–100°C. Ее практически не используют для получения топлива, поскольку не было подходящих катализаторов.

«Нам удалось создать наноструктурированный катализатор, активный центр которого состоит из трех фаз — тетрагональной и моноклинной фаз оксида циркония и моноклинной фазы оксида вольфрама. Для того, чтобы катализатор был активным и сохранял эту активность длительное время, в его составе нужен металл — мы выбрали палладий. Катализатор показал очень высокую каталитическую активность при содержании палладия всего 0,05–0,1%. Это является своего рода прорывом. В последнем исследовании мы показали, что в вольфрамат-циркониевых катализаторах нужны льюисовские кислотные центры умеренной силы — помещение вблизи этих центров палладия придает ему новую роль. Когда металл входит в состав такого кислотного центра, то он принимает участие в гидридном переносе — важном процессе, от которого зависит правильное завершение процесса изомеризации гептана», — пояснил Михаил Смоликов.

Работы по созданию катализатора превращения гептановой фракции проводились в рамках договора с компанией АО «Газпромнефть-Московский НПЗ». Работа получила высокую оценку, и катализатор был рекомендован к внедрению. По словам Михаила Смоликова, скорость внедрения зависит от появления новых экологических стандартов.

«Сейчас содержание ароматических углеводородов в бензине ограничивается уровнем не выше 35% и большинство НПЗ России пока с этим справляются. Но в рамках конкурентной борьбы и продвижения на рынок электромобилей конструкцию двигателей внутреннего сгорания будут усложнять, чтобы снизить эмиссию, а также будут ужесточать экологические требования к топливам. Если содержание ароматики ограничат до 25%, как в Калифорнии, ни один завод РФ не сможет выполнить эти требования без внедрения новых каталитических технологий», — отметил ученый.