Госкорпорация «Роснано» выразила готовность поддержать инновационный проект студента КемГУ Александра Бервено, представленный им на Всероссийском молодежном образовательном форуме «Селигер-2009».

Отвечая на вопрос о возможных путях реализации инновационных проектов молодых ученых в условиях мирового финансового кризиса, президент РФ Дмитрий Медведев сообщил, что молодые ученые и изобретатели России могут рассчитывать на поддержку руководства страны: «Я, конечно, не знаю принципа того изобретения, которое Вы сделали, но если это действительно актуально и необходимо, то нужно обязательно найти деньги на испытание и на внедрение».

Данным проектом уже заинтересовался глава «Роснано» Анатолий Чубайс. «Роснано» намерена соинвестировать этот проект и выделить деньги на его доработку.

Предлагаем вашему вниманию описание проекта «Разработка методики получения углеродных молекулярных сит» Александра Бервено, представленным им на портале Зворикинского проекта в рамках Года молодежи 2009

Описание

Целью проекта является разработка опытной методики получения углеродных молекулярных сит (УМС)с регулируемыми свойствами и размерами пор, используемых для выделения газов на установках короткоцикловой безнагревной адсорбции. Углеродные молекулярные сита – это сорбенты, обладающие уникальными размерами пор, позволяющие разделять газовые смеси и выделять необходимые газы с определёнными размерами молекул. Целью проекта является разработка опытной методики получения углеродных молекулярных сит с регулируемыми свойствами и размерами пор, используемых для выделения газов на установках короткоцикловой безнагревной адсорбции.

Выяснены методы формирования молекулярных пор и зависимости свойств УМС от температуры получения, от состава поверхностных групп: таким образом, определены основные условия получения молекулярных сит из каменных углей и углеродного пекового волокна, регулирования их свойств для образцов лабораторного масштаба.

Необходимость работы определяется острым дефицитом углеродных молекулярных сит в России, выпуска мобильных энергосберегающих установок аккумулирования газов. Углеродные молекулярные сита в настоящее время импортируются. Производство в России отсутствует.

Александр Бервено

Углеродные молекулярные сита используют в качестве сорбентов в установках коротко-цикловой безнагревной адсорбции (КБА) и в хроматографии. Кроме того можно использовать продукт в качестве сенсоров – детекторов загрязнения воздуха. Выход на промышленное производство позволит использовать углеродные молекулярные сита не только в лабораторных исследованиях, но и в качестве: аккумуляторов водорода, носителей катализаторов для топливных элементов, для разделения газов (О2, N2 из воздуха, водорода, СО из синтез-газа), выделение гелия из природного газа. Применение мобильных установок КБА на транспорте позволит повысить эффективность работы двигателя за счет увеличения на 2–3% объемной доли кислорода в цилиндрах двигателя, резко снизить токсичность выхлопных газов. Эти устройства могут выполнять функции кондиционера и высокоэффективного фильтра и поддерживать в салоне автомобиля заданные параметры газового состава (повышение содержания кислорода улучшает состояние) и температуры.

При использовании углеродных молекулярных сит с размерами пор позволяющими сорбировать в них водород (проведены исследования) можно получить возможность выделения, хранения и безопасной транспортировки водорода. Цена УМС составляет на мировом рынке от 50 до 1000$ за кг.

Углеродные молекулярные сита для выделения гелия и водорода, по данным маркетинговых исследований компании, не существуют. Для выделения кислорода используют неорганические молекулярные сита – цеолиты, но они быстро наполняются водой и становятся нерегенеративны. Углеродные молекулярные сита для выделения азота повышенной чистоты экспортируются из Китая и Европы. В России производства нет.

Описание области применения

Основные направления использования углеродных молекулярных сит – разделение газов: гелия и метана; кислорода, азота из воздуха; водорода, СО из синтез-газа, для получения азотных удобрений (более 7 млн. тонн удобрений в год).

Уникальные свойства углеродных молекулярных сит определяют область их использования – от широко известных очистителей питьевой воды, до аккумуляторов водорода, литий-ионных аккумуляторов, суперконденсаторов, носителей катализаторов, в том числе в топливных элементах – источниках тока нового поколения.

Применение углеродных молекулярных сит позволит снизить в несколько раз металлоёмкость существующих установок для выделения водорода, кислорода, азота, монооксида углерода и т.д. за счёт использования пары адсорбёров с эффективными адсорбентами – УМС вместо сложных систем из 14–20 адсорбёров используемых в установках.

В медицине данные углеродные молекулярные сита могут использоваться в кислородотерапии, для обогащения кислородом воздуха. Это даст возможность 10% населения, страдающих от гипоксии, вернуться к нормальному образу жизни. Применение мобильных установок короткоцикловой безнагревной адсорбции, использующих в качестве адсорбента углеродные молекулярные сита, на транспорте позволит повысить эффективность работы двигателя за счет увеличения на 2–3% объемной доли кислорода в цилиндрах двигателя, резко снизить токсичность выхлопных газов. Эти устройства могут выполнять функции кондиционера и высокоэффективного фильтра и поддерживать в салоне автомобиля заданные параметры газового состава (повышение содержания кислорода повышает работоспособность и иммунитет, что важно на дороге, где очень высокий уровень загрязнения выхлопным газом) и температуры.

При использовании углеродных молекулярных сит с размерами пор позволяющими сорбировать в них водород (проведены исследования) можно получить возможность выделения, хранения и безопасной транспортировки водорода. Цена УМС составляет на мировом рынке от 50 до 1000$ за кг.

Состояние проекта на данный момент

На заключительной стадии НИР. Проведен патентный и литературный поиск.

Проект находится на начальной стадии НИОКР, из различных материалов синтезированы опытные образцы углеродных молекулярных сит, проведены исследования сорбционно-кинетических свойств, электронно-обменных свойств, а также элементного состава, наноструктуры и текстуры полученных сорбентов.

В текущей работе выяснены механизм формирования молекулярных пор и зависимости свойств углеродных молекулярных сит от температуры получения, от состава поверхностных групп; определены основные условия получения молекулярных сит, регулирования их свойств.

Создана лабораторная установка для получения УМС.

Предполагается подача заявок на сертификацию и патент.

Риски

• Ограниченные финансовые возможности для дальнейшего проведения НИОКР.
• Отсутствие материальной базы для наработки за короткое время в больших количествах (5 кг и более) продукта, необходимого для проведения проверки возможности применения его в технологиях фирм использующих данные сорбенты.
• Отсутствие финансирования для проведения международного и российского патентования.
• Отсутствие инвестиций и договоров с потенциальными потребителями углеродных молекулярных сит, так как нет большого количества образцов для тестирования. Кроме того, существуют:
  • 1.Финансовые риски – инфляция, колебания валютных курсов, за счёт чего есть большая возможность потери потенциальных инвесторов и покупателей; – повышение издержек производства; – дефицит бюджета проекта на ранней стадии его развития;
  • 2.Маркетинговые риски – неточный расчет емкости рынка; – отсутствие сбытовой сети; – развитие конкурентов и более ранний выход на продажи;
  • 3.Технологические риски – выпуск продукции плохого качества; – неправильный подбор оборудования и недостаток умений для работы на нём; – ошибки в определении проектной мощности; – срыв поставок сырья и оборудования;
  • 4.Риски участников проекта – невыполнение обязательств инвестором; – одностороннее изменение условий инвестиционной сделки;
  • 5.Юридические риски – неправильность юридического оформления сделок по формированию основных средств компании.

  Но, благодаря опыту команды проекта данные риски сведены к минимуму.