Доцент кафедры энергетики Нижневартовского госуниверситета Петр Батраков усовершенствовал печь, изолировав ее внутри таким образом, чтобы не было утечки газа.
В центре его изобретения установлен специальный стакан, поддерживающий температуру в диапазоне от 40 до 1200 °C. Внутрь установки помещается торф – основа болот из разложившихся остатков болотных растений.
Помогли ученому в работе модернизировать печь коллеги с факультета искусств и дизайна. Они 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», – объяснил Петр Батраков.
Нагрев торфа и выделение газа — сложный многостадийный биологический процесс. В лаборатории торф помещён в инкубаторы с полностью удалённым кислородом для анаэробных процессов. К ним подключены датчики температуры, давления, влажности и метана. Инкубаторы находятся в инфракрасном поле для поддержания условий размножения метаногенных бактерий. При активном размножении влажность снижается и образуется метан; в критических условиях бактерии разлагают целлюлозу и лигнины, 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 нужен для ответа на два вопроса. Главный — сколько метана вырабатывают болота и могут ли они служить источником биотоплива. Установка подтверждает, что болота самостоятельно и относительно быстро генерируют газ, пригодный для бытового и промышленного использования. Второй вопрос — влияние на экологию Западной Сибири при изменении климата: таяние многолетней мерзлоты усиливает биологическую активность почв и вызывает увеличение выбросов 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», – резюмировал исследователь.