Российские ученые разработали новый метод повышения эффективности сжигания угля. Управлять процессом сгорания твердого топлива помогают различные катализаторы. Они же позволили снизить выбросы вредных веществ в атмосферу почти наполовину.
Эксперты перечислили ФАН преимущества новой технологии, которой уже успели заинтересоваться в Китае.
Уголь — основной вид топлива
По данным Международного энергетического агентства, уголь остается самым распространенным первичным энергоресурсом в мире. Согласно отчетам организации, в прошлом году более трети мировой электроэнергии получали за счет сжигания именно этого твердого топлива.
Как считает руководитель исследовательской группы МИСиС, профессор Александр Громов, несмотря на все усилия по переходу на возобновляемые источники энергии, уголь в ближайшие годы сохранит лидирующие позиции в производстве электричества и тепла.
«На угольной энергетике рано ставить крест, так как ведущая экономика мира — китайская — рассматривает уголь как один из основных видов топлива XXI века. Даже Великобритания, последовательно проводящая курс на переход к возобновляемым источникам энергии, только в третьем квартале 2020 года сожгла более 200 тысяч тонн угля», — утверждает собеседник ФАН.
При этом, по мнению экологов, именно при сжигании угля в атмосферу выделяется больше всего вредных веществ: угарный газ, сажа. По словам директора Центра системных исследований Елены Есиной, эта проблема всегда была актуальной.
«Особенно злободневна эта проблема для регионов, где уголь используется как основной вид топлива. Сегодня один из самых загрязненных в этом отношении регионов России — Бурятия, где восемьдесят процентов домохозяйств и предприятий отапливаются углем», — считает Есина.
Все дело в том, что уголь никогда не сгорает полностью. Эту проблему не один десяток лет пытаются решить ученые во всем мире. Все, чего удалось добиться за это время ученым, так это лишь разработать технологии, позволяющие сгорать в топках только трети от общей массы этого твердого топлива, утверждает Громов.
«По тем технологиям, которые сейчас существуют в мире, в котлах сгорает только 30% угля. Если полнота сгорания низкая, то уголь не додает тепла. Ведь тут работает химия — сколько угля сгорело, столько тепла выработалось», — объясняет профессор.
Соли металлов — катализаторы сжигания угля
Российские ученым удалось найти более эффективный способ сжигания этого ископаемого топлива. Все дело оказалось в добавках или, точнее, в катализаторах. Именно благодаря им исследователям удалось добиться прорывных результатов. Угля в топках стало сгорать на треть больше, а выброс угарного газа сократился более чем на сорок процентов. Все дело в солях металлов, уверяет руководитель исследовательской группы МИСиС.
«Мы такие катализаторы подобрали. Оказалось, что лучше всего в этой роли выступают соли металлов. Как правило, это медь, никель, железо, кобальт — как оказалось, здесь они тоже работают. Мы провели испытания в лабораторных условиях и теперь подбираемся к промышленному применению», — рассказал руководитель исследовательской группы.
Исследователи экспериментировали с различными солями металлов. В поисках нужной формулы добавляли к углю нитраты, ацетаты и сульфаты. Затем полученный материал сжигали в камере сгорания при начальной температуре 500–700°C. Постепенно, подобрав нужные ингредиенты, по словам профессора Громова, ученым его группы удалось не только добиться более эффективного сгорания топлива, но и научиться управлять самим огненным процессом.
«Управление процессом сгорания — это означает то, что мы можем регулировать температуру сгорания и полноту сгорания, а значит больше будет выделяться при этом процессе тепла. За счет снижения температуры горения угля меньше будет изнашиваться котельное оборудование», — обратил внимание Александр Громов.
Экологичная технология
Использование солей металла в качестве добавки не сильно отразится на стоимости вырабатываемой энергии, считает профессор Громов. Все ингредиенты, используемые в качестве катализаторов, широко доступны, их уже давно и в большом количестве выпускает наша химическая промышленность.
«Добавка катализаторов не существенно повысит стоимость вырабатываемой энергии. Потому что соли, которые мы берем, они дешевые, крупнотоннажные, выпускаемые промышленностью. На рынке этих солей много, их концентрация в общей массе топлива не превышает 1%», — уверяет собеседник ФАН.
Сейчас российские ученые завершили лабораторный этап своих исследований. Они тщательно задокументированы, а разработанная формула катализаторов запатентована. Следующий шаг — промышленный. Предстоит подобрать площадку, где пройдут более масштабные исследования новой технологии.
Первыми эффект от этой технологии оценили экологи. По мнению директора Всероссийского института природы, заслуженного эколога России Андрея Пешкова, уже тот факт, что она позволяет снизить выброс угарного газа и добиться более полного сгорания угля, делает ее востребованной.
«Это актуальная задача, потому что доля угля в энергетике достаточно высока, а вредных выбросов при сгорании угля, в частности, того же угарного газа, образуется достаточно много. И то, что новая технология сжигания уменьшает негативное воздействие на атмосферный воздух, это очень хорошо», — считает эколог.
После первых публикаций в научных изданиях новой технологией российских ученых заинтересовались наши восточные соседи. Дело в том, что в этом году Китай отказался от поставок австралийского угля и полностью перешел на закупки нашего, российского твердого топлива. По мнению китайских промышленников, новая российская технология позволит им добиться лучшего экономического эффекта.