Ученые Томского политехнического университета разработали технологию, которая позволяет из твердых отходов — древесных опилок, угольной пыли, шлама, старых покрышек — получать синтез-газ с высоким, от 20 до 40 %, содержанием водорода. Особенность технологии в том, что из отходов получается не один полезный продукт, а сразу три. При переработке выделяется минимальный объем СО2 — не более 5 % от общего объема синтез-газа. В перспективе ученые рассчитывают свести это значение до нуля и найти наиболее эффективный способ выделения чистого водорода из смеси.
В Томском политехе технология разработана на базе научно-исследовательского центра «Экоэнергетика 4.0» Инженерной школы энергетики. Здесь уже создана линейка установок, которая позволяет работать с разными объемами исходного продукта — от нескольких граммов до 20 кг. На базе томской ТЭЦ-3 создан стенд комплексных испытаний для отработки технологии, здесь можно работать уже с объемом исходного продукта 4 тонны в час.
В основе технологии лежит метод паровой термической конверсии. Исходный продукт подвергается воздействию пара при высоких температурах — от 500 до 1200 градусов Цельсия в зависимости от материала.
«Глобальная цель, которую мы преследуем в этом и в других наших исследованиях, — найти реально работающие способы, которые из никому не нужных отходов, никак не используемых в энергетике, позволят получать высокомаржинальные продукты, причем максимально экологично. Мы ставим задачу не утилизации, а переработки отходов, — говорит руководитель проекта, заместитель директора по развитию Инженерной школы энергетики ТПУ Владимир Губин. — Мы работаем с древесными опилками, старыми покрышками, отходами угольной промышленности — это штыб, шлаки, шлам, угольная пыль. Эксперименты показали, что именно из последних получается синтез-газ с самым высоким содержанием водорода».
В установках, разработанных в ТПУ, исходный материал в спрессованном виде разрушается под действием водяного пара в присутствии кислорода или без, в зависимости от материала. Происходит процесс, который ученые называют «недогорением», потому что разрушается только органическая часть материала.
«В конечном итоге мы получаем три продукта в разных фазах. В твердой — углеродная крошка, она может использоваться в дорожных покрытиях или при дополнительной очистке в качестве фильтра. Если исходным материалом были сосновые опилки, после переработки мы получаем прекрасный биоуголь для приготовления пищи. В жидкой фазе получаем жидкое углеводородное топливо, его можно использовать для отопления. В газообразной — синтетический газ, состоящий из водорода, минимального процента углекислого газа и азотных соединений. Синтез-газ прекрасно горит, поэтому его можно также использовать для обогрева, возвращать в технологический цикл и извлекать из него водород», — поясняет Владимир Губин.
Дальше ученые намерены найти наиболее эффективный способ выделения водорода и снижения содержания углекислого газа или его экологичной утилизации.
«Термическая конверсия — основной метод, как можно из твердого материала получить синтез-газ. Этот метод сегодня активно развиваются в США и Китае, и по масштабам внедрения технологий Россия пока отстает. Однако мы значительно опережаем зарубежных коллег по уровню фундаментального исследования процесса, что дает нам уже практические преимущества: мы получаем больше полезных продуктов», — поясняет ученый.
Фото: установка для термической конверсии
Пресс-служба Томского политехнического университета
17.08.2021
Нет комментариев