Ученые Томского политехнического университета разрабатывают технологию создания топлива из отходов производства угля для тепловых электростанций (ТЭС). Такое топливо в десятки раз экологичнее угля, что позволит решить сразу две проблемы: снизить количество антропогенных выбросов ТЭС и эффективно утилизировать отходы, образующиеся при переработке и обогащении угля. Накануне Всемирного дня окружающей среды, который отмечается 5 июня, научный коллектив кафедры автоматизации теплоэнергетических процессов ТПУ под руководством Павла Стрижака поделился результатами своих исследований.

 

Фото: shutterstock.com

Как отмечает Павел Стрижак, на тепловые электростанции приходится до 40–45 % всей вырабатываемой в мире электроэнергии. Между тем ТЭС являются источниками пяти загрязнителей воздуха, на долю которых приходится 90-95% всех выбросов в атмосферу, — это частицы золы, оксиды серы, азота и углерода, а также пары воды. Так, при работе ТЭС образуется диоксид углерода (СO2), высокое содержание которого в атмосфере ученые считают основной причиной развития парникового эффекта. Кроме этого, поступающие в атмосферу с дымовыми газами частицы летучей золы могут содержать и другие соединения, в частности, тяжелые металлы. Также в газообразных продуктах сгорания органических топлив могут содержаться токсичные и канцерогенные микроэлементы, канцерогенные углеводороды и прочие вредные вещества.

«Наиболее опасными принято считать выбросы в атмосферу оксидов серы и азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, окисляются, образуя слабые растворы серной и азотистой кислот, являющихся причиной выпадения кислотных дождей.

Также повышение концентрации оксидов азота способствует разрушению озонового слоя атмосферы, который защищает нашу планету от ультрафиолетового космического излучения», — говорит Павел Стрижак.

Чтобы снизить влияние человеческого фактора на экологию и сократить долю выбрасываемых в атмосферу вредных веществ, политехники предложили создавать из отходов, образующихся после обогащения угля или нефтепереработки, органоводоугольные (ОВУТ) топливные композиции.

«Они представляют собой жидкие композиционные топлива, в составе которых около 80 % — это продукты углепереработки. В качестве компонентов композиций мы используем четыре группы веществ: твердые горючие компоненты из числа низкосортных углей и отходов углеобогащения, жидкие горючие компоненты, воду, а также пластификатор (стабилизатор). В готовом виде такое топливо представляет собой вязкую массу, которая в дальнейшем будет сжигаться в котельной», — рассказывает Павел Стрижак.

Каждый из четырех компонентов в отдельности непригоден для использования в качестве топлива для «большой» энергетики, но вместе они представляют собой топливо, которое по своим энергетическим характеристикам не уступает традиционному углю, а его экономический и экологический эффект намного выше.

Недавно научный коллектив под руководством Павла Стрижака опубликовал статью в научном издании Journal of Hazardous Materials (IF 4,836; Q1).

В ней ученые привели результаты исследования, в котором сравнили эффект от сжигания распространенных в мировой энергетике марок каменных углей и органоводоугольных топливных композиций (ОВУТ) на основе отходов углепереработки (фильтр-кеков).

«Мы сжигали два эти вида топлива при температурах от 500 С° до 1000 С°. В результате нам впервые удалось показать, что концентрации оксидов серы и азота существенно ниже при сжигании суспензий ОВУТ по сравнению с углями», — делится результатами исследования Павел Стрижак.

Фото: Экспериментальные зависимости максимальных концентраций оксида серы (рис. 1) и оксида азота (рис. 2) от температуры при сжигании бурого угля марки Б2, ВУТ и ОВУТ на его основе.

При этом энергетические характеристики (инерционность зажигания, пороговые температуры зажигания, максимальная температура горения) у ОВУТ и угля были близкими.

«Полученные нами результаты открывают большие перспективы для широкого применения суспензий ОВУТ как дешевого, энергетически и экологически выгодного топлива по сравнению с углями. Используя жидкое топливо из продуктов углепереработки, производители смогут снизить объемы добычи полезных ископаемых и разработки новых месторождений. Это позволит сберечь ресурсы и снизить вред, наносимый экологии нашей планеты», — заключает Павел Стрижак.

Разработка ТПУ позволит угледобывающим предприятиям перерабатывать отходы производства прямо на месторождениях и здесь же их сжигать для получения энергии, что позволит снизить затраты на сбор и транспортировку вредных отходов.

Добавим, на сегодняшний день технология политехников уже прошла тестовые испытания на одном из предприятий в Кемеровской области. 

Справка:

В течение последних трех лет в рамках гранта Российского научного фонда № 15-19-10003 сотрудниками лаборатории моделирования процессов тепломассопереноса ТПУ (ЛМПТ входит в состав каф. АТП ЭНИН) в этом направлении выполнен цикл экспериментальных и теоретических исследований.

На сегодняшний день научным коллективом Павла Стрижака опубликованы 27 статей в журналах 1 и 2 квартиля Web of Science (Fuel, Energy, Fuel Processing Technology, Applied Thermal Engineering, Energy and Fuels, Combustion and Flame, Energies, Science of the Total Environment и др.).

Основные результаты экспериментов по исследованию экологических аспектов процессов сжигания ОВУТ представлены в статьях, опубликованных в журналах 1 и 2 квартиля Web of Science — Science of the Total Environment (IF 3,976; Q1)Energies (IF 2,077; Q2) и Energy and Fuels (IF 2,835; Q1).

Добавим, на базе ТПУ реализуется  САЕ  «Экоэнергетика» — создание и развитие экологичных технологий газификации и зажигания твердых топлив, водородная энергетика на базе твердооксидных топливных элементов, технологии сжижения газообразных энергоносителей. САЕ (стратегическая академическая единица) — это междисциплинарный институт, созданный для реализации научно-исследовательских, магистерских и аспирантских программ. 

Похожие новости

  • 09/01/2017

    ТГУ создает 3D-фильм о раскопках курганов в тувинской Долине царей

    ​Сотрудники Томского госуниверситета (ТГУ) планируют в 2017 году выпустить фильм в 3D об археологических раскопках в тувинской Долине царей, сообщила РИА Томск завлабораторией "Артефакт" Ольга Зайцева.
    300
  • 02/06/2017

    Алтайский госуниверситет встречает молодых ученых - участников Всероссийского конкурса СНО

    ​1 июня Алтайский государственный университет встречает участников III Всероссийского конкурса студенческих научных обществ и конструкторских бюро, в котором примут участие более 60 студенческих научных объединений со всей России.
    139
  • 20/09/2016

    В Сибири наладят производство бериллия по технологии ТПУ

    Промышленный партнер Томского политехнического университета (ТПУ) компания "Редкие металлы Сибири" планирует в 2018 году организовать первый этап производства бериллия по разработанной политехниками технологии в Забайкальском крае, для второго этапа рассматривается площадка Сибирского химкомбината (СХК) Росатома в Томской области, сообщил ​ РИА Томск проректор по науке Александр Дьяченко.
    442
  • 07/07/2016

    В ТПУ разработали универсальный порошок для дактилоскопии

    ​Универсальный порошок для дактилоскопии разработали в Томском политехническом университете. Авторами идеи стали студенты Энергетического института ТПУ. Основные преимущества новой разработки - получение более четкого следа отпечатка и универсальность.
    599
  • 06/07/2016

    В Томском политехе разработали агроробота

    Ученые Юргинского технологического института (ЮТИ) Томского политехнического университета вместе со студентами разрабатывают агроробота, который сможет пахать землю, обрабатывать растения от вредителей и косить траву.
    669
  • 11/01/2017

    Топливный бак для водородного транспорта сохранит атмосферу Земли

    Массовый перевод автомобилей на водородное топливо позволит сократить эмиссию углекислого газа в атмосферу Земли - ведь при сжигании водорода образуется вода.  Однако широкого распространения "водородомобили" пока получить не могут, прежде всего, из-за отсутствия безопасных и удобных способов хранения водорода в топливной системе транспортного средства.
    332
  • 21/02/2017

    Разработки ТПУ для имплантологии выходят на стадию клинических испытаний

    ​Биодеградируемые имплантаты Томского политехнического университета выходят на стадию клинических испытаний. Как сообщают ученые ТПУ, на стадии доклинических исследований эффективность томских изделий уже доказана, и сегодня некоторые биоразлагаемые имплантаты Томского политеха сегодня частично используются в медицинской практике в одном из ведущих ортопедических центров России - Центре Илизарова.
    375
  • 17/10/2016

    Систему безопасного хранения водородного топлива разрабатывают в ТПУ

    ​Магистрант Томского политехнического университета (ТПУ) занимается созданием безопасной системы хранения водородного топлива. В этой системе водород "упаковывается" в углеродные таблетки, благодаря чему исключается риск его самопроизвольного взрыва.
    406
  • 04/10/2016

    В Airbus Safran Launchers заинтересовались созданным в Томске наноматериалом

    ​Airbus Safran Launchers (совместное предприятие авиакосмического концерна Airbus Group и французской корпорации Safran) заинтересовалась разработанной в Томском госуниверситете технологией получения наноматериала - легкого, как алюминий, и прочного, как сталь, сообщил завлабораторией высокоэнергетических и специальных материалов ВУЗа Александр Ворожцов.
    505
  • 28/06/2016

    3D-технологии завоевывают мир

    ​Вслед за автомобилями с автопилотом на дороги выходят самоуправляемые маршрутки. Первенцем новой концепции стал микроавтобус "Olli", созданный компанией Local Motors в сотрудничестве с IBM.  Как сообщает 3Dtoday, Local Motors наиболее известна в качестве первого производителя 3D-печатных автомобилей, а IBM предоставила необходимое аппаратное и программное обеспечение для интеграции 3D-печатного транспорта в облачный искусственный интеллект IBM Watson.
    795