Российские ученые создали новую технологию производства чистого ксенона — его предлагается выделять из природного газа непосредственно на месторождениях. Разработка наверняка будет востребована — буквально в конце июля правительство поставило задачу занять до 30% мирового рынка чистых инертных газов. Ранее Россия экспортировала в основном сырье для их производства. Оценить новую технологию можно лишь по результатам итоговых испытаний и внедрения, заявили «Известиям» в Минпромтороге России. Договоренность об испытаниях уже достигнута с одним из крупных газовых концернов, заверили авторы изобретения. 

Забыть про атмосферу

Технологию получения ксенона высокой степени очистки из природного газа разработали российские ученые. Ксенон — инертный газ, который благодаря своим уникальным свойствам широко используется в медицине, микроэлектронике (в том числе производстве полупроводников), при производстве ракетного топлива и в других отраслях промышленности.

Сейчас для конечного потребителя стоимость одного литра этого вещества достигает 10 тыс. рублей. До последнего времени Россия поставляла на мировой рынок в основном лишь сырье для производства инертных газов. Однако 25 июля вице-премьер Денис Мантуров заявил, что теперь страна перейдет на поставки готового продукта и в перспективе сможет удовлетворить 25–30% мирового спроса на чистые инертные газы, такие как ксенон, неон и криптон.

Сегодня большую часть ксенона добывают из атмосферного воздуха как побочный продукт на металлургических заводах. Для их работы необходим жидкий кислород, а при его производстве выделяется концентрат ксенона в смеси с криптоном. Однако содержание ксенона в природном газе на четыре порядка выше, чем в атмосфере. Это можно использовать, чтобы нарастить его производство. Сейчас этот ценный продукт просто удаляется при очистке газового топлива, так как нет эффективной технологии его извлечения.

Специалисты двух университетов — Российского химико-технического и Нижегородского государственного — предложили способ добычи редкого газа, который состоит из двух этапов. На первом — в газопроводе на выходе с месторождения устанавливается блок, который при помощи мембран и газовых гидратов (соединений, образующихся из воды и газов) выделяет 93–95% ксенона из потока природного газа, нисколько не мешая его дальнейшей транспортировке.

На втором этапе полученный концентрат подвергают глубокой очистке. Причем применяют гибридные схемы, совмещая несколько методов очистки — ректификацию, когда смесь разделяется на компоненты путем многократных испарений и конденсации паров, и модули мембранного газораспределения.

Эта схема позволяет получить больше чистого ксенона, чем при других методах.

— Мы показали, как можно оптимизировать технологии глубокой очистки ксенона до самых высоких степеней с повышением производительности процесса до 30%, — говорит доцент РХТУ им. Д.И. Менделеева Антон Петухов.

Кроме того, применение мембран для очистки ксенона позволяет сэкономить до 25–30% электроэнергии.

Оценка содержания

«Известия» обратились в Минпромторг с просьбой оценить потенциал предложенного метода для наращивания объемов производства ксенона. Там сообщили, что это совершенно новая технология, поэтому о ее практической востребованности можно будет судить только после получения итоговых результатов испытаний и внедрения. Востребованность продукта всегда зависит от двух факторов: качество и конкурентоспособная цена, подчеркнули в министерстве.

«Государство всегда заинтересовано в инновациях, особенно в тех, которые конкурентоспособны на уже сформированном рынке», — сообщили в пресс-службе министерства.

По словам представителей Минпромторга, для промышленного применения технологии Менделеевского университета нужен природный газ с достаточной концентрацией ксенона. Согласно их данным, РХТУ им. Менделеева в настоящий момент взаимодействует с крупнейшими производителями природного газа, чтобы оценить залежи на содержание ксенона. Это позволит выбрать то месторождение, которое обеспечит коммерческую привлекательность нового метода получения чистого ксенона.

— Мы уже достигли договоренностей о проведении первых испытаний новой гибридной технологии на производственной площадке одного из крупных газовых концернов в конце этого года. Внедрение новой технологии планируется во II квартале 2025 года, — заверил «Известия» Антон Петухов.

Растущий рынок

Производство ксенона за последние 40 лет увеличилось в 10 раз и достигло 15 млн литров в год. Объем рынка превысил $200 млн с ожидаемым ростом до $350 млн к 2027 году, рассказал «Известиям» старший научный сотрудник Лабораторий неорганических наноматериалов НИТУ МИСИС Антон Конопацкий. По его словам, это закономерно, так как этот газ востребован не только в газоразрядных лампах, но также и в активно развивающихся областях: микроэлектронике, производстве полупроводников, космической промышленности и медицине.

— Авторы технологии предложили новый метод получения чистого ксенона путем совмещения мембранных технологий и ректификации. Благодаря большому объему полученных экспериментальных данных им удалось установить параметры процесса, позволяющие повысить его производительность на 30%. В перспективе подобный рост эффективности может заметно снизить цену конечного продукта и обеспечить производителю важное конкурентное преимущество, — говорит Антон Конопацкий.

Однако он уточнил, что достижимость этой цели зависит от степени «принятия» технологии в реальном производстве. Учитывая комплексность предложенного решения, этот процесс может потребовать значительных усилий и времени.

"Известия", 14.08.2022. Денис Гриценко: Чистая инертность: как Россия может занять 30% мирового рынка ксенона. Фото: TASS/DPA/Caroline Seidel.