В качестве добавок к традиционным древесным пеллетам ученые протестировали разные отходы — от промышленного угольного шлама до бытового картона и пластика. Оказалось, что пеллеты с добавками позволяют сократить выбросы углекислого газа в атмосферу до 20% и обладают лучшими физико-механическими свойствами.
Разработкой таких пеллетов занимаются ученые лаборатории тепломассопереноса в Томском политехническом университете. Их исследования поддержал грантом Российский научный фонд (№ 23-79-10098).
Для приготовления топливных пеллет и брикетов сотрудники вуза использовали различные виды сырья:
- В качестве основного компонента топливных пеллет — сосновые опилки, типичные отходы лесопромышленного производства.
- Добавочными компонентами стали индустриальные отходы, низкосортные топлива и смесь сельскохозяйственных отходов (угольный шлам, торф, солома и рисовая шелуха), а также твердые бытовые отходы (картон, пластик и их смеси).
По словам Галины Няшиной, одной из авторов исследования, доцента Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ, эксперименты показали, что такие добавки могут значительно повлиять на характеристики горения топлива, включая времена задержки зажигания, продолжительность горения, максимальные температуры, а также состав дымовых газов.
«Все эксперименты проводились при температуре 700-900 °C, этот диапазон охватывает все стадии зажигания и горения топлив. В ходе исследования мы обнаружили интересные закономерности. Например, температура горения значительно зависит от состава пеллет. В образцах с добавлением торфа и угольного шлама температура термического разложения увеличивалась на 34%. Это связано с необходимостью более высоких температур для разложения минеральных компонентов этих материалов. В целом, было установлено, что повышение температуры в выбранном нами диапазоне сокращает время задержки зажигания до четырех раз и снижает продолжительность горения до 31%», — рассказала Галина Няшина.
Солома в составе пеллет за счет высокого содержания в ней летучих веществ и пористой структуры сократила время задержки газофазного зажигания до 32% и снизила продолжительность горения на 15%. А добавление картона в состав пеллет привело к сокращению времени горения на 20%.
Общий вывод по итогам экспериментов таков: использование сельскохозяйственных и угольных отходов в пеллетах может снизить выбросы CO2 на 20%, а добавление картона и других бумажных отходов — концентрацию оксидов азота (NOx) на 22–78%. Это делает такой тип пеллет более экологичными. Последние результаты своей работы ученые опубликовали в журнале Renewable Energy (Q1, IF: 9,0).
Ученые изучили и физико-механические свойства новых пеллет (плотность, ударопрочность и влагостойкость). Испытания показали, что добавки в составе пеллет повышают их устойчивость к воздействию влаги до 46% и улучшают прочность.
Все исследования проводили на специальном стенде с термогравиметрическим анализатором, высокоскоростной видеокамерой и газоанализатором. Высокоскоростная съемка регистрировала время задержки газофазного и гетерогенного зажигания, продолжительность горения. Газоанализатор использовали для определения количественного и качественного анализа состава дымовых газов, формирующихся в процессе горения.
Фото: news.tpu.ru