КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-23-00779
НазваниеПолучение топливных смесей для работы при пониженных температурах из отходов сельского хозяйства
Руководитель Потороченко Антон Николаевич
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург
Конкурс №118 - Конкурс на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка проведения научных исследований и развития научных коллективов, занимающих лидирующие позиции в определенных областях науки»
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений
Ключевые слова биоидзель, триглицериды, сложные эфиры, двойные С=С связи, окислительное расщепление, этерификация, переэтерификация, альтернативные источники энергии
Код ГРНТИ31.21.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Освоение территорий с пониженными температурами, включая районы Крайнего Севера и Арктической зоны, является одним из стратегических приоритетов социально-экономического развития Российской Федерации, закреплённым в Указах Президента и ключевых национальных программах. Эффективное освоение регионов с суровыми климатическими условиями невозможно без устойчивого и надёжного энергоснабжения. В качестве основного вида топлива традиционно используется дизельное топливо, поскольку дизельные двигатели обеспечивают более высокую мощность по сравнению с бензиновыми. Однако одним из серьёзных ограничений его применения в северных широтах остаётся недостаточная низкотемпературная текучесть: температура помутнения дизельного топлива, как правило, составляет от –5 до –15 °C. Альтернативой может служить биотопливо на основе возобновляемого растительного сырья, но и «классический» биодизель не обеспечивает необходимых эксплуатационных характеристик — его застывание происходит при температурах, близких к 0 °C.
Для решения данной проблемы в проекте предлагается молекулярно-ориентированный подход к получению топливных смесей, основанный на структурной трансформации растительных масел на стадии сырья. Для достижения цели проекта предполагается решить ряд комплексных научных задач, требующих междисциплинарного подхода: (1) разработать метод селективного расщепления ненасыщенных углерод-углеродных связей в маслах; (2) получить смеси алкильных эфиров на основе модифицированных масел методами этерификации и переэтерификации; (3) разработать бифункциональные катализаторы для этерификации и переэтерификации; (4) исследовать физико-химические и эксплуатационные характеристики полученных топливных смесей.
Научная новизна проекта заключается в структурной трансформации растительных масел на стадии сырья, в отличие от большинства существующих подходов, предполагающих корректировку уже готового биотоплива с помощью присадок или других методов постобработки. Ожидается, что такой подход обеспечит более высокую надежность ключевых свойств продукта, включая текучесть и устойчивость к низким температурам. Результаты проекта планируется опубликовать в международных научных журналах с высоким импакт-фактором и представить на ведущих российских и международных научных конференциях.
Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта ожидаются следующие результаты:
1. Будут разработаны каталитические системы на основе переходных металлов (W и Ru) для окислительного расщепления С=С связей в маслах.
2. Будет проведена комплексная характеризация строения, свойств и морфологии катализаторов на основе W и Ru методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, ИК спектроскопии, рентгеновской флуоресцентной спектрометрии, сканирующей электронной микроскопии.
3. Будут определены переходные состояния процесса, вероятные геометрии промежуточных стадий, построен энергетический профиль реакции и предложен механизм окисления с применением квантово-химических расчетов.
4. На основе модифицированных масел будут получены смеси алкильных эфиров методами этерификации и переэтерификации.
5. Будет предложен бифункциональный катализатор для объединения процессов этерификации и переэтерификации.
6. Будет проведена комплексная характеризация строения, свойств и морфологии бифункционального катализатора методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, ИК спектроскопии, рентгеновской флуоресцентной спектрометрии, сканирующей электронной микроскопии, будут определены параметры пористости и изучены кислотно-основные центры.
7. Будут проведены квантово-химические расчеты для бифункционального катализатора, будут исследованы каталитически активные центры, рассчитаны энергетические профили ключевых стадий, вычисление реакционных барьеров и термодинамических параметров (ΔH, ΔS, ΔG), будут предложены вероятные механизмы реакций.
8. Все образующиеся в ходе реакций продукты будут охарактеризованы с использованием современных аналитических методов (ЯМР, ГХ-МС).
9. Для смесей алкильных эфиров будут определены эксплуатационные параметры и проведен сравнительный анализ с традиционным топливом и биодизелем.
10. Будет показана возможность использования отработанных масел в качестве сырья для получения топлива.
Научная значимость результатов проекта заключается в разработке принципиально нового подхода — модификации структуры масел на стадии сырья, а не уже готового биотоплива, что позволит повысить управляемость топливными свойствами. Практическая значимость определяется возможностью применения полученных смесей в качестве топлива для северных и арктических регионов России, где особенно остро стоит проблема надёжного энергоснабжения при низких температурах. Ожидается, что полученные результаты будут не только соответствовать, но и превосходить имеющийся уровень научных разработок. Результаты проекта будут опубликованы в международных рецензируемых журналах с высоким импакт-фактором, а также представлены на ведущих конференциях.
Практическая значимость. Результаты проекта могут быть использованы для создания новых видов биотоплив с улучшенными низкотемпературными свойствами, пригодных для эксплуатации в северных регионах. Это позволит расширить применение возобновляемых источников энергии, повысить надёжность энергоснабжения и модернизировать существующие технологии переработки растительного сырья.
Практическая значимость. Ожидаемые результаты проекта обладают высоким потенциалом практического применения как в экономике, так и в социальной сфере. Разрабатываемые топливные смеси на основе модифицированных растительных масел могут быть использованы в качестве экологически безопасной альтернативы традиционному дизельному топливу, особенно в северных регионах. Полученные результаты позволят создать новые виды продукции - топливные смеси с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Кроме того, предложенные технологии могут быть внедрены в существующие производственные линии переработки растительного сырья, обеспечив повышение технологической эффективности.