Ученые из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН предложили новый недорогой способ повышения качества биотоплива. До сих пор все предлагаемые варианты такого рода имели существенные недостатки, которых новый метод лишен. Соответствующие статьи опубликованы в Fuel Processing Technology и Energy.
Из-за озабоченности глобальным потеплением по всему миру ведутся поиски качественного биотоплива. Биотопливом называют растительные продукты, сжигание которых не освобождает углекислый газ из месторождений полезных ископаемых, а лишь возвращает в атмосферу недавно «занятый» у нее растениями — это не усугубляет глобальное потепление.
Однако биотопливо имеет и свои «узкие места». Удобные для использования в энергетике и промышленности виды биотоплива — это, например, этиловый спирт (из сахарного тростника) или рапсовое масло. Но их выращивание требует использования сельскохозяйственных земель, на которых можно было бы вырастить продукты питания. Есть и более разумные пути — скажем, сжигание опилок, пней и сучьев, остающихся после вырубки леса и часто составляющих десятки процентов от общей древесной биомассы. Увы, сами по себе такие опилки обычно довольно влажные, и энергетическая ценность их не так велика. Нередко транспортировка такого удельно менее теплоемкого топлива обходится дороже, чем полезный эффект.
Чтобы решить эту проблему, отходы лесозаготовок можно торрефицировать — нагреть без доступа кислорода до 200–300 °C. В итоге гемицеллюлоза в опилках разрушается и остаются более горючие целлюлоза и лигнин. Влаги в итоговых брикетах нет, они хорошо горят, по удельной энергоемкости близки к углю, то есть транспортировка их облегчается. Но, чтобы обеспечить обработку древесины без доступа кислорода, сегодня древесные отходы нагревают в атмосфере инертного газа (например, азота). Он и в особенности непростое герметичное оборудование для нагрева древесины стоят немалых денег, что удорожает доподгтовку биотоплива.
Авторы новых работ предложили принципиально иную технологию: брикеты древесных отходов, закладываемые в реактор для торрефикации, засыпают инертным минеральным наполнителем, таким как бентонитовая глина, тальк или мел. Все они недороги и инертны (не могут сами окислить целлюлозу и лигнин при нагреве), а также блокируют доступ кислорода к древесным отходам. Нагрев идет без использования инертных газов, а древесина все равно не окисляется. Что важно, до 10% от массы древесных отходов при этом выделяется в виде альдегидов, кетонов, спиртов и карбоновых кислот. Если наладить их сбор и продажу, то доподготовка биотоплива может оказаться частично самоокупаемой.
Исследователи особо подчеркивают, что установки для торрефикации в их схеме технически предельно просты и не требуют больших капитальных затрат. Это делает их привлекательными для малого и среднего бизнеса. Установки, использующие подобную технологию, можно размещать в местах непосредственной заготовки древесины — в районах вырубок, где сейчас пни, ветви деревьев и другие отходы лесозаготовки, как правило, вообще никак не используются. Хотя такое топливо по соотношению теплотворности и цены все равно будет дороже магистрального газа, последний есть в нашей стране далеко не везде, в том числе редок он и в удаленных районах России, где часто ведутся вырубки лесов.
Иван Ортега