По словам учёных Сибирского федерального, 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.
Один из способов переработки отходов — разложение органических и многих неорганических соединений на молекулы более простых веществ под воздействием высокой температуры, т.е. пиролиз. Пиролизом, например, можно получать водород из углеводородов.
Учёные Сибирского федерального университета совместно с российскими и германскими коллегами усовершенствовали технологию производства водорода и водородсодержащих смесей из органических отходов в трубчатом пиролизном реакторе. Они модельно и экспериментально доказали, что эффективность производства можно повысить, увеличив площадь соприкосновения теплоносителя с сырьём — 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 Олег Коленчуков, младший научный сотрудник лаборатории биотопливных композиций СФУ.
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 сырьём. Сравнив показатели теплообмена и гидравлического сопротивления, учёные определили оптимальную комбинацию скорости потока и высоты выступов.
Повышение эффективности теплообмена положительно влияет на качество получаемых водородсодержащих смесей и объёмы производимого водорода, способствует снижению размеров реакторов и минимизирует вторичные реакции разложения, тем самым уменьшая количество загрязняющих веществ, образующихся при пиролизе, утверждают учёные.
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», направленной на улучшение экологической ситуации в России и декарбонизацию промышленности.