Российские физики изучают энергетические перспективы древесных отходов

Сжигание углеводородов даёт 90 процентов потребляемой человечеством энергии. При этом доля нефти и природного газа стабильно уменьшается, а человечество не только продолжает искать новые альтернативные источники энергии, но и пытается максимально использовать старые.

Новые методы высокотемпературной обработки твёрдых и жидких углеводородов (газификация) окислителем (чаще всего воздухом или чистым кислородом) позволяют по-новому взглянуть на столь привычную древесину или каменный уголь. В результате газификации до 80 процентов даже самого низкосортного топлива превращается в сингаз, состоящий в основном из водорода и окиси углерода. Сингаз – перспективное исходное сырьё, которое применяется в органическом синтезе.

Российские физики из Института электрофизики и электроэнергетики РАН нашли способ значительно упростить процесс газификации и предложили проводить процесс в низкотемпературной плазме (1200–1500 градусов Цельсия) электрической дуги. Использование плазмы позволило достичь более полной проработки древесины с меньшим выходом побочных продуктов горения. Результаты работы опубликованы в английской версии журнала «Теплофизика высоких температур» (“High temperature”).

Существует два различных метода газификации – аллотермический и автотермический. При использовании аллотермического метода поддержание высокой температуры происходит за счёт внешних источников тепла. При автотермической газификации тепло, напротив, поступает от частичного сгорания первичной порции топлива. При этом скорость газификации и качество получающегося газа возрастают с увеличением температуры, внешнего давления или скорости воздушного потока окислителя.

Исследователи использовали аллотермический метод и в своей работе проводили газификацию в холодной плазме, отказавшись от затратных методов, требующих повышения давления и регуляции скорости потока окислителя.

Сконструированная А. Н. Братцевым и его коллегами опытная установка способна потреблять в качестве топлива древесные отходы или даже отработанные фракции нефтепродуктов. Генератор низкотемпературной плазмы  установки в течение восьми часов выводили на режим работы (1500 градусов Цельсия), после чего загружали влажной древесиной. Частичное окисление углеводородов начиналось уже в корпусе генератора и окончательно завершалось в системе очистки получаемых газов. При этом содержание непрореагировавших атомов углеводородов по сравнению с таковым при использовании промышленного автотермического метода уменьшилось на 20–50 процентов, а затраты на поддержание высокой температуры – на 15–45 процентов. Кроме того, в получающейся газообразной смеси снижалось содержание углекислого газа (CO₂). Продуктивность установки достигала 70 кг/час.

Высокая влажность топлива практически не повлияла на выход газообразного продукта. Более того, эффективность процесса на 10 процентов превысила теоретически рассчитанную, что объяснилось незначительными ошибками в оценке влажности древесины. Таким образом, отечественными учёными был предложен не только эффективный способ улучшения процесса газификации углеводородного топлива, но и безотходный, экологически эффективный путь использования древесных отходов.

Источник информации:

Arc Gasification of Biomass: Example of Wood Residue. A.N. Brattsev, V.A. Kuznetsov, V.E. Popov and A.A. Ufimcev. High temperature, vol. 49, № 2.