​Процесс пиролиза — разложения биомассы — может проходить в автотермическом режиме. То есть биомассу достаточно нагреть до определенной температуры, а дальше процесс идет в автоматическом режиме, за счет собственного тепловыделения.

Такую возможность рассмотрели ученые Томского политехнического университета в своей статье, опубликованной в Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (IF: 2.209; Q2). Развитие исследований в этой области поможет сделать технологии получения энергии из биотоплива более ресурсоэффективными и экономически выгодными.

В статье представлены результаты работы с такими видами биомассы, как сосновые опилки, щепа из различных пород древесины, солома, два вида торфа - с месторождений Аркадьевское и Суховское из Томской области. Это наиболее распространенные в области и характерные для России в целом типы биомассы. Для выделения из них тепла и энергетически ценных продуктов - смолы, твердого углеродистого остатка и горючего газа - политехники подвергли ее пиролизу, процессу термического разложения органики в бескислородной среде.

"На планете огромное количество органики, которая может быть использована в качестве биотоплива, - продукты растительного и животного мира, а также жизнедеятельности человеческого общества. Такое топливо, безусловно, гораздо более экологично по сравнению с традиционными видами топлива.

Однако, чтобы оно заменило или хотя бы составило конкуренцию ископаемому органическому сырью, технологии получения топлива из биомассы должны стать экономически более целесообразными.

Одно из направлений получения топлива из биомассы - это пиролитическая переработка. Пиролиз положен в основу многих современных технологий - производства биотоплива из биомассы, газификации и других. Несмотря на то, что сам процесс известен достаточно давно, ученые до сих пор не пришли к единому мнению, насколько это энергозатратная технология. Одни считают, что это невыгодная расточительная технология, так как требует энергетических затрат на разложение органики. Вторые, и мы причисляем к ним себя, доказывают, что пиролиз может проходить с выделением тепла, которое можно использовать для поддержания самого процесса. Проведенные нами исследования наглядно подтверждают это предположение", - объясняет один из авторов статьи, научный сотрудник Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ Роман Табакаев.

В автотермических процессах температура, необходимая для нормального хода реакции, поддерживается за счет собственного тепловыделения. На практике это позволяет существенно уменьшить затраты на технологический процесс, повысить КПД переработки и сократить количество вспомогательного оборудования.

В контексте пиролиза автотермический режим - это процесс, в котором величина теплового эффекта превышает тепловые затраты. То есть при разложении биомассы тепла должно выделяться больше, чем затрачивается на ее нагрев. Чтобы выяснить значения этих величин - теплового эффекта и тепловых затрат - для конкретных видов биомассы, авторы статьи провели термогравиметрический (ТГА) и дифференциальный термический анализы, а также осуществили экспериментальную переработку вышеперечисленных проб биомассы.

"Полученные экспериментальные и аналитические данные, говорят о том, что при пиролизе соломы, щепы, опилок и торфа с Суховского месторождения тепла выделяется больше, чем требуется на их нагрев. А вот в случае с торфом с Аркадьевского месторождения тепловой эффект оказался меньше, чем затраты на нагрев", - отмечает Роман Табакаев.

Такой эффект для соломы и древесины исследователи связывают с процессами разложения целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы в ходе пиролиза. Именно эти процессы дают дополнительное тепло. В случае с Суховским торфом этот эффект обусловлен разложением целлюлозы, гуминовых и фульвовых кислот.

Так, разница между полученным и затраченным теплом для подсушенных проб соломы составила +654,5 килоджоулей на килограмм (кДж/кг), для щепы - +282,0 кДж/кг, для опилок - +303,6 кДж/кг, для суховского торфа - +275,3 кДж/кг.

"В этой статье мы показали расчетным путем возможность организации такого автотермического режима пиролиза. Эти данные подтверждаются результатами недавно проведенных нами физических экспериментов с соломой, которые показали: когда температура соломы достигает 365 градусов по Цельсию, она продолжает подниматься уже без дополнительного нагрева, "самостоятельно", до 430 градусов.

Теперь наша задача - физически реализовать пиролиз в автотермическом режиме при непрерывной подаче сырья в реактор, для чего в настоящий момент мы создаем экспериментальную установку", - говорит ученый.

Справка:

Биомасса относится к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ). При этом биомасса является одним из наиболее универсальных видов ВИЭ с точки зрения энергетического использования, ведь не в каждом регионе планеты в достаточном количестве присутствуют другие виды ВИЭ - например, солнечная энергия или вода. А так как основные виды биомассы - это отходы сельскохозяйственной, деревоперерабатывающей и пищевой промышленности, биомасса является загрязнителем окружающей среды и потенциальным очагом возникновения пожаров. Этот факт не просто говорит о возможности ее использования в качестве топлива для энергетики, а свидетельствует о необходимости принятия мер по ее утилизации.

Отметим, что в ряде северных стран, в том числе и в России, торф также относят к медленно возобновляемым ресурсам биомассы при условии, что годовой прирост торфа превышает объемы его добычи.

По данным IEA (Международного энергетического агентства), в мировом масштабе прогнозируется постоянный рост использования ВИЭ, и к 2040 году вклад ВИЭ в энергетику достигнет уровня использования угля в 2017 году.

Похожие новости

  • 27/04/2018

    Ученые ТУСУРа фиксируют экологические и климатические изменения с помощью мониторинга Земли из космоса

    ​Центр космического мониторинга Земли (ЦКМЗ) Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, анализируя полученные спутниковые снимки, фиксирует важные изменения, происходящие на поверхности Земли и в атмосфере.
    278
  • 06/07/2017

    ТУСУР представил на выставке разработки для газовой отрасли

    Разработки Томского госуниверситета систем управления и радиоэлектроники в интересах газовой отрасли были представлены на выставке продукции предприятий Томской области, в осмотре которой приняли участие представители ПАО "Газпром".
    677
  • 06/09/2017

    Инновационные разработки ТПУ были представлены на выставке томской продукции

    ​Во вторник, 5 сентября на площадке Томского электромеханического завода (ТЭМЗ) прошла выставка, на которой предприятия города и области демонстрировали своювысокотехнологичную продукцию и новые технологии.
    854
  • 31/05/2016

    До конца 2018 года ТПУ завершит создание Научного парка

    ​Первая очередь Научного парка, открытая к 120-летнему юбилею Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ) стала, вероятно, самым весомым и ценным подарком вуза университетской элите, студентам, аспирантам и всем тем, кто не мыслит себя сегодня вне науки.
    1389
  • 07/08/2017

    Нефтяники и аквалангисты будут использовать водный беспилотник

    ​Ученые Томского университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) создали беспилотник на воде, с помощью которого исследуют озера. Судно длиной около метра сделано на базе аэросаней и оборудовано эхолотом.
    805
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    2467
  • 25/10/2016

    Томские ученые создадут первый в РФ томограф для изучения сложнейших объектов

    ​Ученые Томского политехнического университета выиграли конкурс Федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы".
    1308
  • 27/03/2018

    В ТПУ создают информационную систему для работы с большими объемами данных в нефтегазовой отрасли

    ​Доцент отделения информационных технологий Томского политехнического университета Алексей Савельев занимается разработкой системы, которая поможет объединить информацию с разрозненных серверов, расположенных на нефтяных месторождениях, в единое целое, а также автоматизировать ряд процессов по принятию управленческих решений.
    342
  • 24/07/2018

    О путях развития региональной энергетики

    Наверное, сегодня уже никто не будет спорить с тем, что создание мини-электростанций и перевод газовых котельных в режим комбинированной выработки тепла и электричества – один из основных путей развития региональной энергетики.
    177
  • 15/09/2017

    Метеорологи ТГУ используют новое оборудование

    ​На крыше шестого корпуса ТГУ установили автоматический измерительный комплекс, разработанный и подаренный университету сотрудниками Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН. Аппаратура без участия оператора производит непрерывное измерение и регистрацию многих физических параметров атмосферы: атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, скорости горизонтального и вертикального перемещений воздуха, напряженности электрического поля и других.
    669