Экологическая политика и природопользование
— Михаил Сергеевич, что такое биоуголь? Чем он отличается от привычного для нас угля?
— Биоуголь по своим характеристикам похож на обычный ископаемый уголь. Отличие в том, что биоуголь произведен искусственным путем при помощи специальной технологии — гидротермальной карбонизации (ГТК). Это процесс термохимической конверсии биомассы в твердое биотопливо, то есть тот самый биоуголь. Мы нагреваем биомассу до температур 170—260°С в присутствии воды, в результате чего происходит ее ускоренная углефикация: то есть процессы, которые в природе проходят многие годы, мы в лабораторных условиях ускоряем до нескольких часов. Основные реакции в процессе ГТК — реакции пиролиза, то есть разложения органических соединений, и реакции гидролиза — взаимодействия органических веществ с водой.
Продукты гидротермальной карбонизации влажных органических отходов — биоуголь, газообразные продукты и водный раствор. Водный раствор состоит из исходной влаги, а также воды и водорастворимых соединений, образовавшихся из биомассы в процессе гидротермальной обработки отходов. Состав и выход продуктов зависят от многих параметров процесса, среди которых состав исходного сырья, температура, давление, время обработки, наличие катализатора и другие технологические параметры.
— В чем преимущества технологии гидротермальной карбонизации?
— На наш взгляд, ГТК представляет собой перспективный способ переработки отходов. Технология не требует предварительной сушки сырья, позволяет перерабатывать широкий круг органических отходов в углеподобное гомогенизированное вещество, которое затем можно использовать в качестве топлива (как самостоятельно, так и в качестве добавки к традиционному углю) на угольных электростанциях или в котельных. Биоуголь можно также использовать для производства почвогрунта и удобрений, для получения адсорбентов и носителей катализаторов. Одно из основных преимуществ ГТК — относительно невысокая температура процесса. Для нагрева рабочей среды могут быть использованы стандартные источники тепла, работающие как на природном газе, так и на твердом топливе. Также можно использовать топливо, получаемое в процессе ГТК. Кроме того, нагрев можно осуществить, используя источники бросового низкопотенциального тепла (при их наличии). Невысокая температура процесса приводит к тому, что основными компонентами газообразных продуктов являются CO2 и CO, а также небольшое количество CH4 . Газообразные продукты гидротермальной обработки органических отходов можно легко обезвредить, например путем пропускания их через высокотемпературное пламя горелки.
Еще одно немаловажное преимущество процесса ГТК — уменьшение массы твердых отходов. В результате гидротермальной карбонизации влажных органических отходов их масса уменьшается примерно в четыре раза (с учетом влажности исходных отходов), а насыпная плотность увеличивается почти на порядок, что в разы уменьшает расходы на транспортировку. Биоуголь можно сжигать не только на специализированных мусоросжигательных заводах, но и на традиционных угольных электростанциях, используя в качестве добавки к традиционному углю. В последнем случае для сжигания используется стандартное и эффективное теплотехническое оборудование, тогда как мусоросжигательные заводы имеют более низкий КПД по ряду причин: относительно более низких температуры и давления водяного пара в пароводяном цикле, относительно большего расхода энергии на собственные нужды, относительно более высокого давления в конденсаторе, упрощенного пароводяного цикла, относительно малой установленной мощности и других.
Теплота сгорания полученных образцов биоугля соответствует значениям теплоты сгорания коммерческих каменных и бурых углей. Более высокая теплотворная способность биоугля по сравнению с исходными отходами обеспечивает более высокую температуру сгорания и способствует более полному разложению токсичных веществ (диоксинов, фуранов и других) при горении.
Одно из основных преимуществ технологии ГТК — высокая энергоэффективность процесса, которая достигается за счет рекуперации тепловой энергии в процессе термической обработки отходов. Расход тепловой энергии в процессе гидротермальной обработки отходов может не превышать, а при определенных условиях быть в несколько раз меньше расхода тепловой энергии в процессе обычной сушки (при атмосферном давлении) влажных органических отходов. Высокий потенциал для рекуперации тепловой энергии в процессе гидротермальной обработки обеспечивается повышенным давлением процесса.
— В каких отраслях можно применять технологию гидротермальной карбонизации?
— Нашу технологию можно применять для переработки различных видов органических отходов: твердых коммунальных, сельскохозяйственных, отходов деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, животноводства, отходов от очистки муниципальных сточных вод. Технология позволяет превращать отходы в твердое высококалорийное топливо. Байпродуктом процесса является водный раствор органических соединений, из которого можно в свою очередь получить основу для удобрений. Речь идет об извлечении из отходов азота и фосфора, концентрировании их в составе водного раствора и использовании последнего в качестве удобрения. Однако в данном направлении необходимы дополнительные исследования и разработки.
— На какой стадии находится разработка в настоящее время? Можно ли говорить о практическом применении технологии?
Биоуголь, полученный в результате ГТК, обладает высокой теплотворной способностью за счет сохранения в своем составе большей части углерода, содержащегося в исходном сырье. Исследования показали, что в биоугле остается от 50 до 90% содержащегося в исходном сырье углерода (в зависимости от состава исходного сырья и параметров процесса), а удельная энергоемкость полученного биоугля достигает
— Сейчас технология находится в стадии лабораторных исследований. Мы в процессе перехода на стадию НИОКР с созданием демонстрационного образца установки по переработке отходов с производительностью около 4 кг/ час. Пока рано говорить о практическом применении, так как мы еще в начале пути. Подобные технологии в Европе только появляются. В этом году в мае в Берлине состоялся
Спасибо за оставленую заявку!
Менеджер свяжется с Вами
в ближайшее время.
В последние годы в России, как и во многих развитых странах, ведутся разработки в области биоэнергетики. В частности, большое внимание уделяется проблеме создания твердого топлива на основе возобновляемых источников энергии. В настоящее время в лаборатории энергоаккумулирующих веществ Объединенного института высоких температур РАН (ОИВТ РАН) разрабатывают научно-технические основы технологии гидротермальной переработки (гидротермальной карбонизации) органических отходов в твердое биотопливо — биоуголь. В 2018 году коллектив выиграл грант Президента РФ на проведение этих исследований. О том, как новая технология позволяет превращать органические отходы в биоуголь, «Эковестнику» рассказал заведующий лабораторией кандидат технических наук Михаил ВЛАСКИН.