Российские ученые предложили способ переработки отходов угледобычи методом микроволнового пиролиза, который позволяет ускорить процесс самой переработки и сократить затраты. Таких показателей удалось достичь за счет добавления к отходам органических «добавок» — биомассы. В будущем предложенный способ поможет создать экономически выгодную и экологичную технологию утилизации различных видов промышленных отходов. Исследование опубликовано в журнале Energy Conversion and Management, сообщила пресс-служба Томского политехнического университета.
Один из перспективных методов переработки различного вида органических отходов сегодня — микроволновой пиролиз. Он работает по принципу обычной микроволновой печи: отходы нагреваются внутри установки за счет СВЧ-излучения. Однако для некоторых видов сырья такой метод энергозатратен и требует много времени. Для ускорения процесса пиролиза традиционно используют дорогостоящие каталитические добавки и металлы-«поглотители».
Российские исследователи изучили особенности взаимодействия различных видов органического сырья с микроволновым излучением и предложили альтернативный способ ускорения переработки отходов — включая в них органические «добавки». В качестве таких «добавок» в исследовании они использовали скорлупу кедрового ореха и коровий навоз. Их в разной пропорции ученые смешивали с отходами угледобычи (каменноугольным штыбом), чтобы сократить затраты на осуществление переработки.
«Мы нашли количественную связь между долей жидких продуктов пиролиза и длительностью самого процесса. На основе этих данных мы создали смеси органического сырья, в которых один из компонентов с высоким выходом жидких продуктов выступает в качестве катализатора процесса переработки. Такая "добавка" не только ускоряет нагрев и повышает КПД переработки, но и снижает общие энергозатраты на пиролиз», — отметил ведущий научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета Роман Табакаев.
Готовые смеси перед утилизацией ученые исследовали методом XRF-анализа и измеряли их диэлектрические свойства для оценки адсорбции микроволнового излучения. Далее их испытывали на лабораторной установке микроволнового пиролиза, параллельно фиксируя длительность процесса, количество получаемых газовых и жидких продуктов реакции. Эти данные легли в основу математической модели.
Результаты исследований показали, что добавление 10% навоза животных к каменноугольному штыбу ускоряет процесс пиролиза практически в два раза. При этом сокращается и продолжительность утилизации более чем на 8%.
По словам ученых, добавление скорлупы кедровых орехов также способствовало сокращению времени инициирования и продолжительности процесса: например, 10% «добавки» сокращает энергозатраты на 47,5% и продолжительность на 9,9%.
«Обнаруженные результаты демонстрируют высокую перспективность в части практического использования. Самое очевидное — возможность создания смесевых композиций, обеспечивающих получение ценных вторичных продуктов пиролиза при меньших энергозатратах на реализацию процесса. Также следует отметить возможность вовлечения органических отходов крупных производств, которые могут послужить катализаторами СВЧ-пиролиза и утилизация которых традиционными методами представляется ресурсозатратной. Это может способствовать их полезной переработке и созданию технологий замкнутого цикла. В настоящее время нами создана установка производительностью до 20 кг в сутки для развития данного направления исследований и доведения его до стадии практического внедрения», — прокомментировал Роман Табакаев.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
