Доцент кафедры энергетики Петр Батраков создал экспериментальную установку по газификации и пиролизу торфа. Исследования ученого поддержаны Фондом научно-технологического развития Югры.
Изобретение представляет собой усовершенствованную печь, изолированную внутри, чтобы не было утечки газа. В центре нее установлен специальный стакан, поддерживающий температуру в диапазоне от 40 до 1200 °C. Внутрь установки помещается торф – основа болот из разложившихся остатков болотных растений. Коллеги с факультета искусств и дизайна помогли ученому модернизировать печь, сконструировали специальную воронку из кремового шамота, чтобы торф не сгорел раньше времени и газ из него поступал четко по трубе в специальное пространство.
Газы, которые образуются при нагревании проходят стадию охлаждения, перемещаясь по трубкам. Для того, чтобы удалить оставшуюся влагу, производится дополнительная процедура химической осушки. После этого с помощью специального шприца происходит забор газов. Собранная проба отправляется в газовый хроматограф для исследования и ответа на вопрос – «Какой состав у исследуемых газов»?
«Печь подключается через счетчик, на котором видно, сколько потребляет электричества сконструированный реактор. Большое количество электроэнергии тратится по причине необходимости осушки газа (удаление влаги из торфа для получения более качественного топлива), так как в торф до 90% массы состоит из влаги», – уточнил Петр.
Нагревание торфа и выделение из него газа – очень сложный многостадийный биологический процесс. Дополнительно в лаборатории используются инкубаторы, внутри которых находится торф. Из них полностью удален кислород, это необходимо для поддержания анаэробных процессов. К ним подведены датчики температуры, давления, влажности и наличия метана. Инкубаторы расположены в инфракрасном поле для поддержания комфортных условий для размножения метаногенныхбактерий. Когда бактерии активно размножаются, то показатели указывают на уменьшение влажности и образования метана. Когда ситуация для бактерий становится критичной, для выживания они начинают поедать сложные органические соединения – целлюлозу и лигнины, в процессе активно выделяя метан.
«Когда метан накапливается в инкубаторе, датчик сообщает об этом. Полученный газ также отправляется для анализа в газовый хроматограф. Для ускорения процессов выделения газа в инкубатор добавляются химические растворы – к примеру, муравьиная кислота. Она необходима для того, чтобы повысить кислотность в системе. Тогда биологические процессы активизируются», – рассказал ученый.
Анализ этих процессов нужен для того, чтобы ответить на два важных вопроса. Главный – сколько метана вырабатывают болота в результате торфяных биологических процессов. Установка помогает доказать гипотезу о том, что болота могут служить источником биологического топлива, газоносным материалом, который вырабатывается самостоятельно и достаточно быстро. Биогаз может использоваться для нужд населения и в промышленности.
Второй вопрос затрагивает экологию Западной Сибири в перспективе изменения климата. Ученые фиксируют глобальное потепление. Относительно недавно во многих районах региона была многолетняя мерзлота. Но сейчас наблюдается оттаивание грунтов и увеличение активности биологических процессов в почвах, это и приводит к активному выделению метана.
Петр Батраков отметил, что пробы торфа для исследований были взяты из разных слоев почвы. Возраст некоторых из них – около 7 тысяч лет. Чем глубже взята проба, тем меньше органики присутствует. Химический анализ полученных в экспериментальной установке газов показал, что в составе метана присутствует большое количество лигнинов – 50% от общей массы. Это говорит о том, что торф находился в анаэробном состоянии многолетней мерзлоты. Метаногенные бактерии были практически не активны и не успевали переработать много торфяника. Оттаявшие образцы, наоборот, показали высокие результаты газообразования. Как медведь, проснувшийся после зимней спячки, бактерии активно питались и вырабатывали метан.
«Из-за потепления в болотах скапливается большое количество метана. Природа не в состоянии переработать его в полном объеме. Негативное следствие – ухудшение экологической обстановки. Парниковый эффект метана в 80% раз выше, чем у углекислого газа. Нам ненужно ждать десятки лет, чтобы увидеть, что произойдет с экологией Западной Сибири, если метан в большом количестве продолжит выделяться из болот. Мы видим результат уже через час. Исследуемый вопрос очень актуальный. Важно сохранить нашу территорию пригодной для жизни и свести к минимуму рост температуры на земле из-за парниковых газов», – подытожил ученый.