Технологии и инновации

Технологии. Получение водорода из сероводорода

Сероводород, H₂S, токсичный газ с характерным едким запахом, хорошо знаком любому жителю планеты. В отличие от своего химического аналога – воды Н₂О, сероводород не нашел практического применения в жизнедеятельности человека. Это «бесполезное» и весьма токсичное вещество должно быть удалено из отходящих газов и сточных вод промышленных производств до уровня санитарных норм.

Содержание сероводорода в недрах и водоемах Земли  исчисляется десятками миллиардов тонн. В природе сероводород образуется при биогенном разложении животных организмов и органических веществ, поскольку сера входит в состав всех важнейших аминокислот, а также в результате деятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Помимо этого, выбросы сероводорода являются частью вулканических процессов. В промышленности основной источник сероводорода – нефте- и газопереработка, газификация углей, переработка биомассы и пр.

Процессы утилизации сероводорода (более 1000 установок во все мире перерабатывают до 100 млн т/год H₂S) осуществляются методом Клауса, открытом еще в 19 веке, в результате продуктами очистки являются вода и твердая сера. Таким образом, водород H₂ – составляющий элемент сероводорода — необратимо теряется в виде воды H₂O, тем самым исключается возможность его использования в качестве экологически чистого топлива.

Однако мало кому известна другая сторона сероводорода как химического вещества. Дело в том, что в 1887 г. С. Н. Виноградский открыл процесс хемосинтеза (в отличие от известного в то время фотосинтеза с участием солнечного света) органического вещества из неорганических предшественников – сероводорода H₂S и углекислого газа СО₂. При этом серобактерии, ассимилирующие сероводород, используют энергию сероводорода для активации весьма инертной в химическом плане молекулы СО₂. Таким образом, «бесполезный» сероводород оказался той самой субстанцией, которая лежит в основе созданного природой процесса хемосинтеза органического вещества из СО₂, заложившего фундамент зарождения биологической жизни на Земле, при этом H₂S является поставщиком водорода и энергии. Процессы хемосинтеза осуществляются в природе при температуре и давлении окружающей среды.

В 2006 г. российскими учеными была открыта реакция разложения сероводорода, которая протекает на платиновых катализаторах при комнатной температуре с образованием водорода и неизвестной ранее субстанции – двухатомной газообразной серы в основном триплетном состоянии. Впоследствии были найдены катализаторы и условия проведения процесса, обеспечивающие конверсию сероводорода, близкую к 100%, что позволило заявить об открытии природоподобного процесса разложения сероводорода с получением водорода – экологически чистого топлива и ценного химического продукта.