Учёные выяснили, как удешевить бензин

Химики из Самары и ряда зарубежных стран создали новый материал, который может значительно удешевить производство высококачественного бензина. «Рецепт» по его сборке был опубликован в журнале Nature Communications.

«Мы даём список важных для промышленности веществ, которые еще не существуют, но могут быть получены в ближайшем будущем. Благодаря помощи Российского научного фонда у нас появился реальный шанс развить в Самаре технологии дизайна и изготовления новых материалов для энергоэффективного сорбционного разделения нефти и газов», — рассказывает Евгений Александров - материаловед из Самарского университета.

Металл-органические каркасы (МОК) представляют собой сложные полимерные материалы, похожие по структуре на пчелиные соты и обладающие очень высокой пористостью и прочностью. Сегодня МОК используются для создания фильтров, способных улавливать углекислоту или водород и удерживать в себе огромные количества этих газов.

Размеры сот в подобных структурах, как давно заметили, могут сильно меняться, если эти каркасы сжимаются или растягиваются, или же при изменении температуры и давления окружающей среды, что заметным образом меняет то, какие молекулы и атомы они могут поглощать и удерживать в себе.

Александров и его коллеги из США, Саудовской Аравии, Китая и Италии задумались, можно ли использовать МОК для решения обратных задач — «вылавливания» только нужных молекул из смеси большого числа похожих соединений. Ярким примером подобных жидкостей является нефть. Она содержит в себе десятки молекул углеводородов, разделение которых достаточно дорогая и нетривиальная задача. Сегодня ее решают при помощи так называемой ректификации — нагрева нефти, ее испарения и разделения по «слоям» в специальных башнях, на работу которых уходит огромное количество энергии.

Как показали опыты Александрова и его единомышленников, весь этот процесс можно частично или целиком обойти, используя МОК, собранные из атомов циркония и одиночных звеньев определенных полимеров. К примеру, пористые структуры на их основе могут очень избирательно поглощать гексан — один из нежелательных компонентов бензина, заметно понижающий октановое число.

Эффективность работы МОК в данном случае, по словам химиков, почти в два раза превосходит КПД работы современных технологий очистки бензина от гексана. При этом созданные ими наночастицы не поглощают полезные «версии» этого углеводорода, имеющие другую структуру. Это позволяет использовать их для производства высокооктанового бензина, насыщенного изомерами гексана.

Аналогичным образом, как показывают расчеты химиков, можно создать и другие каркасы, которые будут удалять «нужные» или «ненужные» вещества из нефти, не требуя ее нагрева или других дорогостоящих действий. Это удешевит нефтепродукты и одновременно улучшит их качество, заключают учёные.