Высокотехнологичные мембраны на основе сверхтонких пленок находят все более широкое применение во всем мире. В Германии разработка таких мембран наиболее активно ведется в Институте изучения полимеров при Научно-исследовательском центре GKSS в городке Гестхахт на севере страны. Здесь были созданы мембраны самого разного назначения - и для фильтрации сточных вод, и для опреснения морской воды.

Сейчас усилия здешних ученых сосредоточены на разработке мембраны для очистки дымовых газов теплоэлектростанций. "Перед вами рулоны с образцами этих мембран, - говорит профессор Клаус-Виктор Пайнеман (Klaus-Viktor Peinemann). - Ширина около 70 сантиметров. В общем-то, похоже на обои. Но это мембрана, состоящая из 4-х слоев".

В экспериментальном цехе института на специальных штативах развешаны образцы продукции. "Главную функцию выполняет верхний слой, - продолжает пояснения профессор Пайнеман. - Его толщина составляет всего полмикрометра, но именно он и осуществляет собственно очистку. Все остальное - для механической прочности, чтобы мембрану можно было скатывать в рулон, приклеивать, сваривать и так далее".

Сито без пор

Исследователи надеются, что их детище со временем позволит сделать более экологичными работающие на газе или угле теплоэлектростанции: извлечение из их выбросов углекислого газа и его последующее захоронение ослабит парниковый эффект. Важная особенность разрабатываемой мембраны состоит в том, что - в отличие, скажем, от тех всем известных фильтров, что используются в электрокофеварках, - в ней вообще нет пор.

"Это связано с тем, что речь здесь уже не идет о механической фильтрации с помощью мелкопористого сита, здесь работает совершенно иной механизм, - говорит профессор Пайнеман. - Газы просто растворяются в материале мембраны точно так же, как они растворяются в воде. У воды ведь тоже нет пор, но она прекрасно поглощает и углекислый газ, и кислород, потому что оба эти соединения хорошо в ней растворяются. Именно с таким расчетом мы и разрабатываем материал для нашей мембраны: он должен иметь высокое химическое сродство к тому газовому компоненту, который мы хотим отфильтровать. Здесь имеют место только два процесса: растворение и диффузия".

Иными словами, если дымовые газы направить под давлением вдоль такой мембраны, углекислый газ будет из них как бы высасываться. Прототип устройства представляет собой цилиндр длиной 30 сантиметров и толщиной в руку. "Здесь несколько штуцеров для присоединения трубопроводов, - говорит профессор Пайнеман. - Это вход, сюда должны поступать дымовые газы от теплоэлектростанции; очищенные газы выходят с другой стороны; а отсюда удаляется накапливающийся углекислый газ".

Внутри устройства размещаются примерно 10 квадратных метров белой пленки, сложенной и сваренной таким образом, что она образует около сотни кармашков. "Это выглядит как система каналов, - поясняет профессор Пайнеман, - очень извилистый лабиринт. В результате время контакта газа с мембраной оказывается довольно значительным".

Компромиссное решение

Это "довольно значительное время" в случае данного прототипа составляет несколько секунд и зависит, естественно, от давления, под которым подаются дымовые газы. По мнению ученого, оптимальным является давление в 10 бар, но тут есть одна проблема: "Если я захочу сжать все выбросы до 10 бар, мне для этого понадобится четверть всей энергии, вырабатываемой электростанцией. А это слишком много.

Приходится искать компромиссное решение. Снизить давление, скажем, до 3 или 4 бар. Возможно, имеет смысл работать с небольшим разрежением на выходе. Оптимальные параметры вполне поддаются расчету. Наша цель - очистить выбросы от углекислого газа не менее чем на 90 процентов. Задача вполне реалистичная. Можно добиться и более высокой степени очистки, но это потребует слишком больших усилий и расходов и себя не окупит".

У мембраны, предложенной профессором Пайнеманом, есть еще одно очень важное преимущество: ее легко встроить в уже существующие теплоэлектростанции. А прочие методы требуют столь сложного оборудования, что вся затея становится нерентабельной. Впрочем, окончательный ответ на вопрос, найдет ли мембрана Пайнемана применение на практике, дадут полевые испытания, которые вскоре должны начаться на одной из теплоэлектростанций энергетического концерна EnBW.

"Мы здесь изготовим опытный модуль, предназначенный для установки в дымовую трубу, - говорит профессор Пайнеман. - Затем будет смонтирован соответствующий компрессор, и мы посмотрим, насколько эффектна наша мембрана. Нас также интересует вопрос, насколько она стабильна в условиях реальной эксплуатации. Ведь дымовые газы содержат не только безобидные компоненты вроде азота или углекислого газа, но и двуокись серы, и окислы азота, и мелкодисперсную пыль. Короче, мы с нетерпением ждем начала этих испытаний".

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева