​В Томском политехническом университете подвели итоги конкурса «Постдок ТПУ как аналог докторантуры», созданный для поддержки перспективных проектов молодых кандидатов наук. Проекты получают финансирование из средств Программы повышения конкурентоспособности ТПУ.

Одним из победителей конкурса стал доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Роман Табакаев. Его научный коллектив, состоящий как из студентов и аспирантов, так и из сотрудников университета, получил поддержку на четыре года для разработки ресурсоэффективных технологий пиролиза биомассы в энергетически ценные продукты для экологически чистой энергетики.

Выгодно или невыгодно?

Пиролиз представляет собой процесс термического разложения органических веществ в бескислородной среде. Группа Романа Табакаева проводит исследования биомассы, в данном случае это торф, солома, несколько видов древесных отходов, скорлупа кедровых орехов и отруби. В результате термической переработки этих видов биомассы образуются энергетические ценные продукты: смола, твердый углеродистый остаток и горючий газ. Это экологически чистые варианты традиционного углеводородного топлива, используемого сегодня в энергетике, - нефти, природного газа и угля.

"Несмотря на то что пиролиз твердого топлива изучается уже на протяжении достаточно долгого времени, до сих пор остаются "белые пятна" в имеющихся о нем знаниях. Это объясняется сложностью и уникальностью состава различных твердых топлив, в особенности таких молодых, как биомасса, и зависимостью от большого количества факторов осуществления самого процесса пиролиза", - говорит Роман Табакаев.

Более того, в современной науке вопрос о том, насколько пиролиз - энергозатратная технология, до сих пор остается дискуссионным. И у политехников есть своя точка зрения на этот счет, подкрепленная уже проведенными исследованиями, результаты которых опубликованы в ряде журналов, например, Waste and Biomass Valorization и Journal of Analytical and Applied Pyrolysis.

"Одни ученые считают, что пиролиз - экономически невыгодная технология, требующая значительных энергетических затрат. Другие, мы к ним причисляем и себя, утверждают, что пиролиз наоборот протекает с выделением тепла. Достаточно лишь нагреть исходный продукт до определенной температуры, а дальше процесс идет в автотермическом режиме, за счет собственного тепловыделения.

Именно это и доказывают уже проведенные нами исследования и эксперименты. Например, при нагреве соломы до 360 градусов по Цельсию, мы останавливаем нагрев, а температура поднимается в авторежиме до 430 градусов", - рассказывает Роман Табакаев.

Одно из направлений масштабного исследования группы - собственно разработка технологий получения энергетически ценных твердых, жидких и газообразных продуктов именно в автотермическом режиме, которые позволят разрушить миф об энергозатратности пиролиза.

Фото: примеры видов биомассы, с которыми работает группа Табакаева: (слева направо) скорлупа кедрового ореха, торф с Васюганского болота, солома, торф с месторождения Суховское, отруби и опилки.

Новый взгляд на высокозольное сырье

Еще одно направление исследований коллектива - разработка методики комплексного изучения минеральной части биомассы на основе предварительного низкотемпературного обезуглероживания. Под это направление Российский фонд фундаментальных исследований выделил поддержку по конкурсу "Мой первый грант" (18-38-00648).

"В биомассе содержится совсем небольшой процент минеральных веществ, буквально 3-6%. Однако даже столь незначительное содержание приводит к выходу из строя энергетического оборудования буквально через несколько лет после пуска котельной. Например, отруби являются перспективным видом биомассы за счет высокой теплоты сгорания и низкой зольности, однако при сжигании происходит загрязнение поверхностей топливосжигающего оборудования. В дальнейшем это приводит к снижению КПД и его выходу из строя", - поясняет ученый.

Зная состав минеральной части биомассы, исследователи могут найти ей применение.

"Например, томский торф является высокозольным, то есть при его сжигании выделяется порядка 20-30% золы от исходной массы. Вместо того чтобы складировать золу, ее можно использовать.

Например, в составе твердого углеродистого остатка, рассматриваемого в качестве сорбента, она может использоваться для очистки дымовых газов. Для проверки этой гипотезы нашим коллективом ведутся исследования по изучению сорбционных свойств углеродистого остатка, полученного в различных режимах пиролиза", - говорит руководитель проекта.

Для сорбирования CO из дымовых газов, выделяемых тепловыми электростанциями, политехники предлагают использовать многослойный сорбент, полученный из нескольких типов биомассы, например, торфа и соломы, при разных режимах пиролиза.

"Мы предполагаем и пытаемся подтвердить нашу идею экспериментально, что сорбенты из нескольких типов биомассы, полученные в различных режимах пиролиза (медленный и быстрый вид), позволят улавливать не только СО2, но и другие токсичные элементы, например, оксиды азота. Для этого необходимо оставить в части сорбента небольшой объем деструктированной органики, способной связывать молекулы азота", - говорит Роман Табакаев.

Биомасса для строительства

Также политехники рассматривают переработанную термически биомассу как строительный материал:

"Сейчас мы работаем с отрубями и соломой. В лаборатории мы при помощи термического прессования этих видов биомассы при температуре 140°С получаем образцы твердого и прочного материала. При этом содержащиеся в биомассе вещества сами выступают в качестве связующего, обеспечивая получаемым материалам достаточно высокую прочность.

Полученные образцы из прессованных отрубей способны выдерживают нагрузку до 35 000 000 Па ( паскалей - ред. ), обладая при этом теплопроводностью сравнимой с показателями древесины".

Похожие новости

  • 23/01/2018

    Сибирские радиофизики выяснили, от чего зависят свойства композитных материалов

    Радиофизики экспериментально доказали, что  конструкция и   технология изготовления  нанотрубок влияют на характеристики композитного материала. Ученые описали электрофизические свойства композитов, в которых можно получать заданные свойства, меняя состав.
    487
  • 26/08/2016

    Российские и немецкие ученые разрабатывают молекулярные переключатели для электроники

    ​Физики из Томского госуниверситета (ТГУ). а также их коллеги из Германии, работают над изучением новых свойств органики, наблюдаемых при взаимодействии органических молекул с металлом. Перспективное исследование, как отмечают его авторы, найдет применение в молекулярной электронике будущего.
    1156
  • 02/07/2018

    Томская студентка разрабатывает новую форму «молекулярного сита» для очистки газа

    ​Победительница конкурса УМНИК-2017 студентка ТГУ и сотрудник ИХТЦ Альфия Угаганова работает над технологией получения новой формы цеолитных сорбентов для очистки природного газа. Молекулярный фильтр создадут на основе микросферических цеолитных сорбентов.
    101
  • 24/01/2017

    К 2019 году начнется промышленный выпуск бериллия по технологии ТПУ

    ​Запуск первой очереди производства бериллия в городе Краснокаменск Забайкальского края по технологии, разработанной в Томском политехническом университете (ТПУ), запланирован на конец 2018-го – начало 2019 года, сообщил во вторник журналистам проректор вуза по науке Александр Дьяченко.
    764
  • 17/03/2017

    Ученые ТГУ предложили свой способ снижения веса самолетов

    Ученые Томского государственного университета разработали специализированное покрытие, благодаря которому на 30 и более процентов можно уменьшить вес летательных аппаратов. Созданная в ТГУ технология не имеет в России аналогов и позволит снизить расходы на запуск и эксплуатацию аэрокосмической техники.
    949
  • 17/07/2017

    Ученые ТПУ снабдили химические сенсоры «ловушками» для токсичных веществ

    ​Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Университета химии и технологии (Чехия, Прага) создали новые химические сенсоры для спектрометров комбинационного рассеивания — приборов, позволяющих с высокой точностью определить количественный и качественный состав вещества и его структуру.
    503
  • 14/06/2018

    Томские ученые запатентуют новый вид полимера

    ​Специалисты Инжинирингового химико-технологического центра (ИХТЦ), Томского госуниверситета (ТГУ) и компании "Новохим" разработали технологию синтеза нового полимера, прочного и нетоксичного; в настоящее время ученые проводят испытания вещества и готовятся запатентовать несколько его разновидностей, сообщается в четверг инновационном портале Томской области.
    173
  • 21/11/2017

    Томские ученые разработали дезодорант для очистных сооружений

    ​"В теплое время года многие очистные сооружения возле городов источают неприятные запахи. Ученые Инжинирингового химико-технологического центра Томского государственного института (ИХТЦ ТГУ) разработали и опробовали нейтрализатор запаха для очистных сооружений.
    378
  • 25/10/2017

    Томские химики разработают экологичную технологию очистки «дизеля» от серы

    ​Одной из важнейших задач современной нефтепереработки является удаление полиароматических углеводородов, серы и ее соединений из дизельного топлива. Для этого широко используется гидроочистка, в процессе которой происходит выделение большого количества газов, загрязняющих атмосферу.
    507
  • 12/08/2016

    В ТГУ разрабатывают импортозамещающие огнезащитные составы

    ​Сотрудники Инжинирингового химико-технологического центра Томского государственного университета (ТГУ) разрабатывают технологии производства импортозамещающих огнезащитных составов для древесины и металла, сообщает местное издание.
    878