Ученые улучшили технологию получения топлива из отходов

Технологию производства водорода и водородсодержащих смесей из органических отходов в трубчатом пиролизном реакторе усовершенствовали ученые СФУ в составе международного научного коллектива. По словам авторов разработки, повысить эффективность производства возможно за счет улучшения теплообмена между теплоносителем и сырьем. Результаты опубликованы в Energies.

Из-за глобального потепления и истощения невозобновляемых природных ресурсов, для устойчивого развития энергетики и обеспечения экологической безопасности все более важной становится задача разработки технологий улавливания, переработки и утилизации отходов производства, утверждают авторы работы.

Один из способов переработки отходов – разложение органических и многих неорганических соединений на молекулы более простых веществ под воздействием высокой температуры (пиролиз). Пиролизом, например, можно получать водород из углеводородов.

Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с российскими и германскими коллегами модельно и экспериментально доказали, что эффективность производства водорода и водородосодержащих смесей в пиролизном реакторе можно повысить, увеличив площадь соприкосновения теплоносителя с сырьем (органическими промышленными отходами). Площадь была увеличена нанесением полусферических выступов на внутреннюю поверхность канала, по которым проходит теплоноситель.«

"Подобный эффект в быту можно наблюдать при охлаждении чая. Когда мы переливаем чай из чашки в блюдце, то увеличивается контактная площадь и происходит более интенсивный теплообмен", – рассказал один из ведущих авторов исследования, младший научный сотрудник Лаборатории биотопливных композиций СФУ Олег Коленчуков.

По его словам, применение выступов способствует повышению теплообмена до 11,5% и увеличивает теплопередачу в среднем в 2,23 раза. Кроме того, выступы создают внутри канала вихревые образования, что дополнительно усиливает теплообмен между теплоносителем и сырьем. Сравнив показатели теплообмена и гидравлического сопротивления, ученые определили оптимальную комбинацию скорости потока и высоты выступов.

Схема реактора пиролиза в разрезе

Вариант исполнения устройства для формирования полусферических выступов

Промежуточный этап изготовления канала с полусферическими выступами

Вариант исполнения реактора пиролизаСхема реактора пиролиза в разрезеВариант исполнения устройства для формирования полусферических выступовПромежуточный этап изготовления канала с полусферическими выступамиВариант исполнения реактора пиролиза

Повышение эффективности теплообмена положительно влияет на качество получаемых водородосодержащих смесей и объемы производимого водорода, способствует снижению размеров реакторов, и минимизирует вторичные реакции разложения, тем самым уменьшая количество загрязняющих веществ, образующихся при пиролизе – утверждают в СФУ.

Исследования были выполнены в лаборатории биотопливных композиций СФУ по государственному заданию Министерства науки и высшего образования России. Лаборатория создана в рамках деятельности Научно-образовательного центра «Енисейская Сибирь».

Деятельность НОЦ «Енисейская Сибирь», созданного на базе СФУ по инициативе Красноярского края, республик Хакасия и Тыва, направлена на улучшение экологической ситуации в России и декарбонизацию промышленности. В составе НОЦ 9 университетов, 5 научно-исследовательских институтов и 14 промышленных предприятий.