Ученые Национальной водородной лабораторной системы Федерального университета штата Мату-Гросу-ду-Сул в Бразилии совместно со специалистами энергетической компании Copa Energia разработали новый состав сжиженного углеводородного газа, который позволяет существенно сократить выбросы CO₂ без замены существующих газовых плит, горелок и другой инфраструктуры. Если вся Бразилия перейдет на такую смесь, к 2045 году это позволит предотвратить выброс около 294 млн тонн CO₂.
Сжиженный углеводородный газ (LPG) представляет собой смесь пропана и бутана и остается одним из самых распространенных видов топлива в мире. Его используют для приготовления пищи, отопления домов и работы промышленного оборудования. Несмотря на развитие возобновляемой энергетики, полностью отказаться от подобных видов топлива в ближайшие десятилетия во многих странах не получится. Поэтому ученые ищут способы сделать их менее вредными для климата.
Главная идея новой разработки заключается в том, чтобы заменить часть пропан-бутановой смеси водородом. В большинстве предыдущих исследований водород просто добавляли к сжиженному газу. В новой работе ученые пошли другим путем: они частично заменили им пропан и бутан, одновременно введя в смесь строго рассчитанное количество кислорода. Благодаря этому удалось снизить содержание углерода в топливе, практически не ухудшив его характеристики при сгорании.
Для проверки своей идеи исследователи приготовили несколько вариантов газовой смеси с различным содержанием водорода и кислорода. Затем они сравнили их по нескольким показателям: выбросам углекислого газа и оксидов азота, расходу топлива и способности эффективно нагревать объект.
Эксперименты показали, что по мере увеличения доли водорода выбросы CO₂ последовательно снижались. Одновременно уменьшался и расход самого сжиженного углеводородного газа. Наилучший результат показала смесь, содержащая 40% водорода и дополнительный кислород в количестве 30% от необходимого для полного сгорания топлива. Она позволила сократить потребление LPG примерно на 53%.
Еще одним неожиданным результатом стало снижение выбросов оксидов азота. Обычно использование водорода сопровождается ростом образования этих загрязняющих веществ из-за более высокой температуры пламени. Однако благодаря тщательно подобранному составу новой смеси исследователям удалось одновременно уменьшить и выбросы CO₂, и содержание оксидов азота.
При этом новая смесь практически не уступала традиционному газу по эффективности. Несмотря на снижение доли пропана и бутана, она сохраняла высокую теплотворную способность и обеспечивала стабильное горение. Это означает, что подобное топливо потенциально можно использовать в существующих газовых плитах, котлах и промышленных горелках без их серьезной модернизации.
После лабораторных испытаний ученые оценили возможный эффект от внедрения технологии в масштабах всей Бразилии. Используя данные о численности населения и прогнозы потребления сжиженного газа до 2045 года, они рассчитали, что полный переход на новую смесь позволит предотвратить выброс около 294 млн тонн углекислого газа. Причем этот эффект достигается не за счет сокращения потребления энергии, а благодаря уменьшению доли углерода в самом топливе.
