Коллектив ученых Томского политехнического университета совместно с коллегами из Тюменского госуниверситета предложили использовать специальные добавки-катализаторы, которые помогают углю активно поглощать микроволновую энергию. Исследование показало впечатляющие результаты: энергозатраты удалось снизить в 4,3 раза, а расход электричества на получение одного килограмма жидкого топлива – до 3,6 раза.
Что за «волшебные» добавки?
В качестве активаторов процесса ученые опробовали материалы двух типов. Первые – это неорганические соединения: оксид железа и оксид меди. Вторые – органические отходы, а именно навоз крупного рогатого скота и скорлупа кедрового ореха. Каждую добавку смешивали с углем в пропорции 10% от общей массы. В ходе экспериментов политехники тщательно анализировали все продукты реакции: твердый углеродный остаток, жидкие фракции и выделяющийся газ.
Как пояснил ведущий научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Роман Табакаев, работа велась по принципу «от и до»: «Наш коллектив занимается СВЧ-переработкой различного вида органического сырья – от биомассы до антрацита, сейчас решаем вопрос малотоннажного получения жидкого топлива. В этом исследовании мы проводили комплексную оценку разных доступных микроволновых поглотителей для каменного угля на протяжении всей технологической цепочки: от микроволнового пиролиза до потенциального получения жидкого топлива из пиролизного газа».
Лидерами по эффективности стали неорганические вещества. Добавка оксида железа позволила увеличить энергетическую отдачу процесса в 4,3 раза по сравнению с переработкой чистого угля, а оксид меди – в 2,9 раза. Органика тоже показала себя достойно, хоть и скромнее: навоз повысил эффективность в 1,6 раза, а скорлупа – в 1,3 раза. Важно, что органические добавки являются дешевыми отходами производств, что делает технологию еще более экономически привлекательной.
От газа к бензину
Однако просто получить газ – полдела. Чтобы превратить его в жидкое топливо, необходим синтез-газ строго определенного состава. И здесь у ученых произошло неожиданное открытие. «Смесь скорлупы кедрового ореха и угля в процессе переработки дали синтез-газ с оптимальным составом для его последующей переработки в топливо. Дело в том, что для метода Фишера-Тропша необходимо соотношение оксида углерода и водорода примерно 1:2. А наши образцы показали значение примерно 1:2,2», – добавляет Роман Табакаев.
Это значит, что полученный газ идеально подходит для синтеза жидких углеводородов без дополнительной дорогостоящей очистки. Экспериментальным путем были установлены и оптимальные условия этого процесса: температура около 260 °C и давление до 12 бар. В итоге исследователи получили замкнутый технологический цикл, где уголь напрямую превращается в жидкое горючее.
Роман Табакаев отмечает, что у нового метода есть небольшой минус, который с лихвой перекрывается плюсами: «Наши исследования показали, что добавление поглотителей немного снижает количество жидких топлив, которые можно получить в перерасчете на килограмм угля. Однако на производство одного килограмма готового топлива требуется в 1,2-3,6 раза меньше энергии. Этот показатель в перспективе намного важнее, поскольку расход энергии на производство во многом определяет цену итогового топлива, полученного из углеродного сырья».
В тему
Благодаря разработке томских политехников, себестоимость синтетического топлива может стать конкурентоспособной. Это особенно актуально для удаленных и труднодоступных регионов Сибири и Дальнего Востока, где доставка традиционного жидкого топлива обходится в копеечку, а угольные разрезы находятся рядом. Новая технология, по сути, позволяет создавать мини-заводы по производству топлива прямо у месторождений, решая проблемы энергоснабжения изолированных поселков без строительства дорогих ЛЭП и снижая экологическую нагрузку на арктические и таежные территории.
Подписывайтесь на АиФ в  MAX
|
