Учёные Сибирского федерального университета изучили отходы перерабатывающих предприятий — опилки, хвою, кору лиственницы и берёзы, а также гидролизный лигнин и сухие остатки сточных вод (ил). Сравнив эти виды нетрадиционных топлив с двумя видами угля, исследователи заявили о высоком потенциале таких отходов для сжигания и отопления.
Однако, чтобы заменить уголь углеродно-нейтральными твёрдыми топливами, нужно повысить их теплоту сгорания — это станет следующим этапом работы учёных.
«Мы изучили зажигание и горение различных отходов биомассы, двух углей разной степени углефикации с размерами частиц 100-200 мкм на экспериментальном стенде в условиях конвективного теплообмена в потоке разогретого воздуха со скоростью 5 м/с при температурах от 500 до 800 °C. Определили временную задержку зажигания — чем меньше её значение, тем быстрее частица топлива воспламеняется и обладает более высокими реакционными свойствами, чем частицы топлива с более высоким значением временной задержки зажигания», — рассказал заведующий лабораторией кафедры теплотехники и гидрогазодинамики Политехнического института СФУ Андрей Жуйков.
Оказалось, что хвоя кедра имеет самое низкое значение временной задержки зажигания по сравнению с углями. При 500 °C значение временной задержки зажигания хвои кедра меньше чем у бурого угля в два раза, а при 800 °C это значение меньше в четыре раза; для каменного угля при 600 °C — ниже в пять раз, а при 800 °C — в девять раз.
Вторым по этому показателю из всех исследованных топлив стал гидролизный лигнин. Учёные полагают, это делает его перспективным добавочным топливом к углю. Гидролизный лигнин является отходом гидролизной промышленности.
Сухие остатки сточных вод тоже были исследованы. Это типичные отходы городских очистных сооружений. Во многих городах существуют полигоны значительной площади для хранения ила, там подобные отходы десятилетиями накапливаются и не используются. Значение временной задержки зажигания сухих остатков сточных вод максимально близко к берёзовым опилкам, что говорит о высоком потенциале данного вида промышленных отходов для сжигания, но для энергетического применения этих отходов необходимо повысить их теплоту сгорания и снизить зольность, которая составляет до 60%.
«Научный интерес к фундаментальным исследованиям теплотехнических и физико-химических свойств биомассы (отходы различных производств) присутствует не только у научных коллективов научно-образовательных и научно-исследовательских учреждений в Российской Федерации, но и по всему миру. Проведенные фундаментальные исследования являются актуальными для теплоэнергетической отрасли, так как запасы исследованных отходов биомассы имеются во многих городах России и за её пределами. Вовлечение биомассы в теплоэнергетическую отрасль может положительно повлиять на снижение потребления угля, снизить образование вредных газообразных продуктов сгорания, снизить выбросы CO2 и утилизировать промышленные отходы. В дальнейших планах перейти на исследование термической обработки отходов биомассы с целью получения твердых топлив с улучшенными теплотехническими и экологическими характеристиками», — уточнил Андрей Жуйков.