Учёные создали реактор, который превращает природный газ в водород и углеродные нанотрубки

Исследователи из Кембриджского университета разработали новый реактор, который преобразует природный газ (в основном метан) в два ценных продукта: чистый водород и углеродные нанотрубки — сверхлёгкий и прочнее стали материал.

Конфигурация многопроходного реактора, разработанного в ходе исследования. Автор: Nature Energy (2025). DOI: 10.1038/s41560-025-01925-3

Водород считается перспективным экологичным топливом, так как при его сгорании образуется только водяной пар. Однако современные промышленные методы его производства, как правило, сопровождаются значительными выбросами углекислого газа (CO₂).

Чтобы решить эту проблему, команда учёных усовершенствовала метод пиролиза метана, который разлагает газ на водород и твёрдый углерод без образования CO₂. Ранее этот процесс не удавалось сделать достаточно эффективным для масштабного применения из-за больших потерь газа в традиционных реакторах.

Многопроходный реактор

Решение было найдено в создании многопроходного реактора, описанного в статье, опубликованной в журнале Nature Energy. Вместо однократного прохода газа через систему, что приводит к потерям, непрореагировавший газ непрерывно рециркулирует. Метан многократно проходит через горячий реактор, пока большая его часть не превратится в водород и аэрогель из углеродных нанотрубок.

Эта замкнутая система свела к минимуму отходы. Как отмечают исследователи в своей работе, по сравнению с однопроходными реакторами новая конструкция показала

«в 8,7 раз более высокий выход углерода и в 446 раз более высокую молярную эффективность процесса».

Пиролиз метана для производства водорода и углеродных нанотрубок. Автор: Nature Energy (2025). DOI: 10.1038/s41560-025-01925-3

От лаборатории к реальному миру

Исследование проводилось на лабораторной установке, но чтобы оценить потенциал системы в промышленности, учёные создали компьютерную модель крупномасштабного реактора, используя данные реального коммерческого предприятия.

Моделирование показало, что такая конструкция сможет преобразовывать 75% поступающего газа в полезные ресурсы, производя углеродные нанотрубки и водород в массовом соотношении 3:1. То есть из каждых 4 килограммов метана система получит 3 кг нанотрубок и 1 кг водорода.

Эта технология может обеспечить строительную отрасль прочными и устойчивыми материалами, а также дать большое количество чистого топлива. Однако, как подчёркивают авторы работы,

«Процесс может сократить выбросы парниковых газов, но для внедрения этой технологии в значительных масштабах требуется серьёзная доработка».

Интересный факт: Углеродные нанотрубки, которые производит новый реактор, обладают уникальными свойствами. Они примерно в 100 раз прочнее стали при значительно меньшем весе и обладают высокой электропроводностью. Потенциально их можно использовать не только в композитных материалах, но и в микроэлектронике, аккумуляторах и даже в медицине для целевой доставки лекарств.