Исследовательская группа из Томского политехнического университета, сотрудничая с коллегами, разработала эффективный метод переработки каменного угля в жидкое топливо. Этот процесс основан на использовании специальных добавок — микроволновых поглотителей, которые позволяют сократить энергозатраты до 4,3 раза. Благодаря этому расход энергии для получения одного килограмма жидкого топлива уменьшается в 3,6 раза. Более подробную информацию можно найти в публикации на сайте ТПУ.
Уголь остаётся важным источником энергии, но его использование постепенно снижается из-за значительных выбросов вредных веществ. Поэтому учёные по всему миру ищут более экологически чистые способы переработки угля в более ценные продукты, такие как газообразные и жидкие топлива. Один из перспективных методов переработки — микроволновый пиролиз, который требует эффективного взаимодействия угля с микроволновым излучением. Однако уголь не всегда способен эффективно поглощать это излучение, что затрудняет процесс и увеличивает энергозатраты.
В ходе исследования учёные из Томского политеха подобрали специальные добавки из доступных материалов, которые улучшают взаимодействие угля с микроволновым излучением. В качестве добавок были использованы неорганические соединения, такие как оксид железа и оксид меди, а также органические вещества, включая навоз крупного рогатого скота и скорлупу кедрового ореха. Эти добавки добавлялись в количестве 10 % к каменному углю в процессе микроволнового пиролиза. В ходе экспериментов учёные анализировали продукты реакции — твёрдый углеродный остаток, жидкие фракции и газ, а также проверяли с помощью каталитической установки, можно ли из полученного газа с помощью метода Фишера-Тропша получить жидкое топливо.
Команда учёных занимается переработкой различных видов органического сырья, включая биомассу и антрацит, и сейчас работает над малотоннажным получением жидкого топлива. В этом исследовании была проведена комплексная оценка различных доступных микроволновых поглотителей для каменного угля на протяжении всей технологической цепочки, начиная от микроволнового пиролиза и заканчивая потенциальным получением жидкого топлива из пиролизного газа. Предложенные добавки-поглотители значительно снизили энергозатраты на переработку угля, что важно, поскольку энергозатраты напрямую влияют на себестоимость конечного продукта, особенно в труднодоступных и энергодефицитных регионах.
Результаты показали, что неорганические добавки оказались наиболее эффективными для снижения энергозатрат в процессе пиролиза. Оксид железа увеличил энергетическую отдачу процесса в 4,3 раза по сравнению с переработкой угля без добавок, а оксид меди — в 2,9 раза. Органические добавки, являющиеся отходами производств, также показали положительное влияние на эффективность переработки: добавление навоза повысило этот показатель в 1,6 раза, а скорлупы кедрового ореха — в 1,3 раза.
«Смесь скорлупы кедрового ореха и угля в процессе переработки дала синтез-газ с оптимальным составом для его дальнейшей переработки в топливо. Для применения метода Фишера-Тропша необходимо соотношение оксида углерода и водорода около 1:2, а наши образцы показали значение примерно 1:2,2», — отметил один из учёных.
Кроме того, исследователи установили оптимальные параметры, при которых газ лучше превращается в жидкое топливо. Эксперименты показали, что оптимальная температура для синтеза должна составлять около 260 °C, а давление — до 12 бар.
В исследовании принимали участие учёные Исследовательской школы физики высокоэнергетических технологий, Инженерной школы энергетики и Инженерной школы природных ресурсов Томского политеха, а также Тюменского государственного университета.