Безопасный наркоз из природного газа

К группе инертных, или благородных, газов относятся несколько одноатомных газов без цвета, вкуса и запаха. Гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон, оганесон, астат и теллур называются инертными газами потому, что они с большим трудом вступают в химические реакции. В настоящее время главным источником инертных газов остается воздух, хотя известно, что они содержатся и в попутном нефтяном, и в природном газе.

Самый редкий из инертных газов — ксенон. В воздухе его концентрация очень мала — 0,08 мл ксенона на кубометр. Отсюда высокая стоимость его извлечения из воздуха — более 200 тыс. рублей за килограмм. В природном газе концентрация ксенона на четыре порядка выше. В мире запатентовано несколько технологий выделения ксенона из природного газа, но ни одна из них не дошла до промышленного применения. Каждая из этих технологий состоит из большого числа стадий, требует сложной аппаратуры, при этом впечатляющего результата никому из разработчиков зарубежных технологий достичь не удалось: концентрация ксенона в конечном продукте у всех не очень высока.

Решить проблему смогли российские ученые из лаборатории SMART полимерных материалов и технологий Российского химико-технологического университета (РХТУ) им. Д. И. Менделеева в содружестве с коллегами из Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева. Они создали простую и эффективную технологию выделения ксенона из газогидратов — твердых кристаллических соединений молекул воды и газов. Чтобы получить газогидрат, нужно создать специальные термобарические условия — повышенное давление в сочетании с температурами, превышающими температуру замерзания воды. Методом непрерывной мембранно-газогидратной кристаллизации природный газ превращают в газогидрат, а затем его последовательно разделяют на компоненты. Для этого процесса ученые разработали специальное оборудование. «Регулируя давление и температуру, можно поэтапно выпускать из этих кристаллогидратов разные газы», — пояснил «Стимулу» ректор РХТУ им. Д. И. Менделеева Илья Воротынцев, до этого возглавлявший лабораторию SMART полимерных материалов и технологий РХТУ. После того как все элементы смеси по очереди выделены из смеси, остается ксенон и вода. Воду сливают и получают ксенон в концентрации 93,05%. И это рекордный научный результат, вполне пригодный для передачи в промышленность.

Ректор РХТУ им.Д.И.Менделеева Илья Владимирович Воротынцев

РХТУ им. Д.И.Менделеева

Ксеноновая анестезия

У ксенона широкий спектр применения. «Мир ждет скачка в области применения ксенона», — уверен Илья Воротынцев. Многие эксперты говорят, что рынок ксенона растет на 15‒20% в год — даже несмотря на то, что применение ксенона в автопроме уменьшается, пик популярности ксеноновых фар позади, им на смену пришли светодиодные. Ксенон востребован в медицине, в космической отрасли, в микроэлектронике, в сфере лазерной резки деталей. Ведущие производители микроэлектроники разрабатывают технологии заполнения этим газом ячеек плазменных панелей и смартфонов. Потребность в ксеноне высока при точной лазерной резке металлических деталей, на основе ксенона разрабатываются ракетные двигатели для полетов в дальний космос.

Применение в медицине ксенона, полученного по новой технологии из природного газа, не просто способно удешевить наркоз, но и спасти немало жизней. Ксеноновый наркоз был разработан в нашей стране. В конце 1990-х его впервые в мире запатентовал ученый-анестезиолог Николай Буров вместе с коллегами, а уже в 1999 году Минздрав России разрешил применять его в лечебных учреждениях страны. Ксеноновый наркоз безопасен: он не вызывает аллергических реакций и осложнений со стороны сердечно-сосудистой системы. Благодаря этому он подходит для проведения операций как младенцам и пожилым людям, так и пациентам с сопутствующими заболеваниями сердца. Это значит, что с использованием ксенонового наркоза можно прооперировать пациентов, которым без него помочь было бы нельзя. «Более всего в ксеноновой анестезии нуждаются пациенты, имеющие сопутствующие заболеваниями сердечно-сосудистой и центральной нервной системы, которым предстоит серьезная операция. Анестезия для этих пациентов чревата осложнениями. Ксенон уникален, любой другой анестетик влияет на функции сердца, а ксенон не только не снижает функции сердца, он еще обладает охранным кардиопротективным эффектом», — пояснил «Стимулу» заведующий научно-исследовательской лабораторией анестезиологии и реаниматологии НМИЦ им. В. А. Алмазова Андрей Баутин. По его словам, и сегодня при применении обычного наркоза у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями риски развития инфаркта миокарда, тяжелой артериальной гипотонии, тяжелых нарушений ритма достигают 30‒40%. До сих пор по некоторым заболеваниям сердца «интраоперационная летальность может достигать пяти процентов, что является очень высоким показателем для двадцать первого века».

Ксеноновый наркоз дается пациентам в форме ингаляций. Анестезия наступает на пятой минуте после начала ингаляции, что соответствует стадии эфирного наркоза и позволяет приступить к хирургической операции. Выход из наркоза тоже происходит тоже очень быстро, через две-три минуты после прекращения введения газа пациент приходит в сознание. Через четыре-пять минут ксенон выводится из организма почти полностью, а через четыре часа остатки ксенона выводятся из жидких сред организма. Андрей Баутин подчеркнул значимость того факта, что ксенон очень быстро покидает организм: «В результате мы лишены необходимости долго держать больного после операции в горизонтальном положении, в палате он быстро активизируется, снижается число послеоперационных осложнений».

Для проведения операции взрослому пациенту с ксеноновой анестезией требуется от 30 до 100 тыс. рублей. Поэтому ксеноновый наркоз используется нечасто. Снижение себестоимости в разы сделает ксеноновый наркоз доступным. И Россия может удовлетворить свои потребности в нем и даже развернуть экспорт.

В настоящее время в Центре Алмазова — одной их самых высокотехнологичных клиник страны — ксеноновая анестезия применяется в двух случаях из десяти, когда в нем есть потребность. Если анестетик на основе ксенона будет стоить не 200 тыс. рублей за килограмм (1000‒1500 рублей за литр), как сейчас, а хотя бы вдвое дешевле, его получат восемь из десяти пациентов, которым он показан.

Сдерживающим фактором для распространения технологии остается недостаточная обеспеченность клиник оборудованием для введения ксеноновой анестезии — оно сложнее и дороже обычного. Но эта проблема, по словам Баутина, вполне разрешима: в России есть работающие производства, где изготавливают качественные аппараты для ингаляционной анестезии.

Андрей Баутин не является сторонником полного перехода на ксеноновый наркоз: «Ксенон хорош, но полезно иметь палитру анестетиков, у каждого из них есть свои уникальные свойства, которые для других пациентов будут очень полезны».

Николай Евгеньевич Буров — советский и российский учёный-врач в области анестезиологии, доктор медицинских наук

Wikipedia

Ближе к источникам сырья

Преимущества российского метода разделения смеси газов — низкие затраты энергии, относительная простота экспериментальной установки и ее масштабируемость, высокая эффективность газоразделения и отсутствие разрушающих реагентов. Технология позволяет снизить себестоимость получения ксенона минимум вдвое. Ученые РХТУ спроектировали промышленный образец установки для выделения ксенона из природного газа.

Проблему с размещением экспериментального производства они решают по принципу близости к источникам сырья, то есть к месторождениям природного газа, богатым ксеноном. Выяснилось, что газодобывающие компании не анализируют природный газ на содержание в нем инертных газов. И ученым для решения этой проблемы пришлось разработать специальную методику. Наличие нужного газа определяется на основе газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии. Для каждого газа нужно подбирать особый режим.

О том, что найти ксенон возможно, ученые узнали из патентов, в которых указан состав газовых смесей. Как правило, около 94% приходится на метан, еще 6% — на другие примеси: гелий, ксенон, кислые газы, диоксид углерода, сероводород и т. д. Нужное месторождение ученые рассчитывают найти примерно за полтора года.

Поиск месторождений начали с Ханты-Мансийского автономного округа. В проекте участвует ряд отечественных нефтегазодобывающих компаний. Виталий Петрищев, генеральный директор Газового союза Югры, отраслевой организации, объединяющей нефтегазовые компании — переработчики попутного газа и инжиниринговые компании, которые являются носителями технологий, рассказал, что к проекту подключилась компания «НоваТЭК», планируется привлечь в проект «ЛУКойл» и «Томскнефть». Он пояснил, что первоначально ксенон искали на месторождениях нефти в попутном нефтяном газе, но затем переориентировались на собственно газовые месторождения. Если и тут результата не будет, поиск нужного месторождения переместят в Ямало-Ненецкий автономный округ.

На выбранном месторождении проводится отбор проб, их везут в лаборатории РХТУ, анализируют и определяют концентрацию инертных газов. При обнаружении ксенона проводят повторный отбор проб на данном участке. Ильи Воротынцев рассказал, что в будущем исследователи планируют создать карту газовых месторождений России или даже всего мира, на которую была бы нанесена информация о наличии инертных газов.

Ученые поставили задачу максимально приблизить производство к месторождению, потому что при транспортировке газа и его очистке на узлах газотранспортной системы инертные газы идут в отвал.

По словам Виталия Петрищева, компании топливно-энергетического комплекса открыты к инновациям в целях более полного использования природных ресурсов. И проект с ксеноном лишь один в этом ряду.

Как уточнил Илья Воротынцев, полностью подходящее для развертывания производства месторождение пока не найдено. Идет активный поиск.