Найдены параметры лучшей кристаллической структуры для получения гелия

Гелий — очень нужный газ. Не только чтобы надувать шарики (на это уходит до 10% мировой добычи) — он используется, к примеру, для глубокого охлаждения узлов МРТ, во время пандемии это занимало около 30% всего потребления.

Это второй по распространённости элемент во Вселенной (24-25% по массе), но на Земле его мало. Основной источник — природный газ, где гелий присутствует в виде незначительной примеси.

Выделять гелий из природного газа можно криогенным (по старинке) или более энергоэффективными адсорбционным и мембранным методами, для которых нужны специальные материалы.

В качестве таких "катализаторов" используются металл-органические координационные полимеры (МОКП) — пористые структуры. Пропуская через них "голубое топливо", отделяют гелий от метана и азота.

Возможны миллионы разных МОКП. В Институте катализа им. Г. К. Борескова СО РАН провели скрининг более 10 тысяч вариантов таких веществ in silico, то есть методами компьютерного моделирования.

"По результатам скрининга нам удалось выделить шесть структурных дескрипторов, которые влияют на эффективность материала в процессе как адсорбционного, так и мембранного газоразделения гелий-содержащих смесей. Это лимитирующий размер пор, наибольший диаметр полости, доступная площадь поверхности, доступный объём пор, плотность и пористость", — рассказал научный сотрудник отдела материаловедения и функциональных материалов ИК СО РАН Иван Гренёв.

Подбирая материалы по этим параметрам, можно найти самые лучшие для добычи гелия. Что интересно, во всём мире пытаются сделать мембраны, которые пропускают гелий, но задерживают метан и азот, а если сделать наоборот — способ получится более эффективным, добавил учёный.

Он выразил надежду, что результатами исследования в ближайшее время воспользуются Амурский и Оренбургский газоперерабатывающие заводы.