Сапропели — это донные отложения пресных озер, которые образуются из отмерших растений, живых организмов и минеральных субстанций. В основном их применяют в сельском хозяйстве и оздоровительной медицине.

В Омской области много озер с большим запасом сапропелей. Ученые ЦНХТ ИК СО РАН исследуют этот материал как возобновляемое сырье, которое можно использовать в зеленой химии. Содержание в озерном сапропеле минеральной и органической частей позволило создать из него носитель катализаторов для процесса производства бионефти — как из самого сапропеля, так и из другого органического сырья. Бионефть — это исходный материал для получения биодизеля, биокеросина и других видов экологически чистых топлив.

«Традиционные носители биметаллических катализаторов для биоэнергетики — это природные или синтетические углеродные материалы и оксиды — алюминия, титана, кремния. Сапропель в своем составе имеет и то, и другое — оксиды в минеральной матрице и углерод на ее поверхности. Суммарно этот материал соединяет в себе все плюсы этих носителей», — рассказывает автор исследования, научный сотрудник лаборатории катализаторов органического синтеза ЦНХТ ИК СО РАН, к.х.н. Елена Терехова.

Состав сапропелей отличается не только от озера к озеру, но даже в пределах одного водоема. Чтобы нивелировать эту разницу, ученые карбонизировали сырье, а затем обрабатывали полученный углерод-минеральный материал в азотной кислоте. Эффективность полученных носителей с нанесенными на них соединениями никель-меди и никель-молибдена оценивали в модельных реакциях гидрирования и переработки тяжелых нефтяных остатков. Проверка показала, что катализаторы имеют высокую активность и устойчивость.

Микрофотография никелевого катализатора на основе углерод-минерального носителя из сапропеля

Процесс получения бионефти моделировали с помощью имитации промышленного процесса гидроожижения сапропеля. Гидроожижение — это целый комплекс процессов, включающий в себя крекинг и деструкцию органической массы сырья, конденсацию, гидрирование, экстракцию. Высушенное сырье помещали в реактор, и под воздействием растворителя в среде водорода при участии сапропелевого катализатора органическая часть сырья разрушалась и переходила из твердого состояния в жидкое.

Часто сырье для биотоплива, полученное в ходе гидроожижения, содержит много кислорода и азота, что снижает его качество. Эксперимент показал высокое содержание углеводородов в бионефти — 30%. Это значит, что из нее можно произвести более качественное биотопливо.

По словам Елены Тереховой, в качестве сырья для производства бионефти с помощью созданных катализаторов можно использовать бурый уголь, лигнин, солому, мискантус, опилки и другие органические субстанции. В планах ученых заменить в катализаторе никель на железо, и тогда при использовании сапропеля система замкнется сама на себя: озеро очищают, добывают ил, получают бионефть с помощью катализатора одной с сырьем природы, а твердый остаток после гидроожижения помещают в землю как удобрение. 

Второй этап, над которым планируют работать ученые, — гидроочистка жидких продуктов гидроожижения от кислорода и азота с помощью других созданных в ЦНХТ ИК СО РАН катализаторов, чтобы можно было получить чистое биотопливо.