Ученые лаборатории тепломассопереноса Томского политехнического университета разработали топливные пеллеты с добавлением сельскохозяйственных и индустриальных отходов. Исследование показало, что такие пеллеты обладают лучшими физико-механическими свойствами и позволяют сократить выбросы углекислого газа в атмосферу до 20%.
Исследования проводятся при поддержке гранта Российского научного фонда (№23-79-10098). Последние результаты работы ученых опубликованы в журнале Renewable Energy (Q1, IF: 9,0).
Для приготовления топливных пеллет и брикетов ученые использовали различные виды сырья. Так, в качестве основного компонента топливных пеллет применялись сосновые опилки, типичные отходы лесопромышленного производства. В качестве добавочных компонентов использовались индустриальные отходы, низкосортные топлива и смесь сельскохозяйственных отходов (угольный шлам, торф, солома и рисовая шелуха). Также в составе пеллет применялись твердые бытовые отходы (картон, пластик и их смеси).
«Одним из основных направлений нашего исследования стало использование отходов различных типов — от промышленного угольного шлама до бытового картона и пластика — в качестве добавок к традиционным древесным пеллетам. Экспериментально нами было показано, что такие добавки могут значительно повлиять на характеристики горения топлива, включая времена задержки зажигания, продолжительность горения, максимальные температуры, а также состав дымовых газов», — отмечает один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Галина Няшина.
Исследования проводились на специальном стенде, оснащенном термогравиметрическим анализатором, высокоскоростной видеокамерой, газоанализатором. С помощью высокоскоростной съемки регистрировались время задержки газофазного и гетерогенного зажигания, продолжительность горения. Для определения количественного и качественного анализа состава дымовых газов, формирующихся в процессе горения, применялся специализированный газоанализатор.
Результаты экспериментов показали, что использование соломы благодаря высокому содержанию в ней летучих веществ и пористой структуре позволяет сократить время задержки газофазного зажигания до 32% и снизить продолжительность горения на 15%. А добавление картона в состав пеллет привело к сокращению времени горения на 20%.
«Все эксперименты проводились при температуре 700-900 °C, этот диапазон охватывает все стадии зажигания и горения топлив. В ходе исследования мы обнаружили интересные закономерности. Например, температура горения значительно зависит от состава пеллет. В образцах с добавлением торфа и угольного шлама температура термического разложения увеличивалась на 34%. Это связано с необходимостью более высоких температур для разложения минеральных компонентов этих материалов. В целом, было установлено, что повышение температуры в выбранном нами диапазоне сокращает время задержки зажигания до четырех раз и снижает продолжительность горения до 31%», — добавляет Галина Няшина.
По словам ученых, использование сельскохозяйственных и угольных отходов в пеллетах может снизить выбросы CO2 на 20%, а добавление картона и других бумажных отходов – концентрацию оксидов азота (NOx) на 22–78%. Это делает такой тип пеллет более экологичным.
Помимо экологических характеристик, политехники также изучали физико-механические свойства новых пеллет (плотность, ударопрочность и влагостойкость). Результаты испытаний показали, что добавки в составе пеллет повышают их устойчивость к воздействию влаги до 46% и улучшают прочность.
Источник информации и фото: пресс-служба Томского политехнического университета
