Ученые Томского политехнического университета подобрали оптимальный состав твердого пеллетированного топлива на основе отходов деревообрабатывающих и промышленных предприятий, а также отработанных масел. Пилотные испытания показали, что такие топливные составы на 7-8 % эффективнее отдают тепло, устойчивы к влаге и экологичны. В будущем биотопливо можно будет использовать для отопления в бытовых котлах и на малых ТЭЦ.
Исследования ученых поддержаны грантом Российского научного фонда (№23-79-10098). Результаты работы ученых опубликованы в журнале Biomass and Bioenergy (Q1, IF: 5,8).
В состав топливных пеллет вошли твердые бытовые и промышленные отходы (древесные опилки и картон), а также жидкие горючие добавки – отработанное моторное и рапсовое масла. По результатам экспериментальных исследований проводился комплексный многокритериальный анализ (MCDA), который учитывал сразу группу параметров: физико-механические свойства, характеристик зажигания и горения, затраты на сырье, производство и транспортировку композиционных пеллет.
«Смешивая компоненты в разных соотношениях, мы получили несколько десятков вариантов составов пеллет, которые в дальнейшем тщательно изучили на ударопрочность, твердость, устойчивость к тряске и поглощению влаги, особенности горения таких составов (время зажигания, длительность горения, концентрации вредных газов), а также рассчитали экономическую целесообразность. Особое внимание мы уделили механическим характеристикам — плотности, твердости и ударопрочности, ведь при транспортировке композиционных пеллет важно сохранить целостность топлива, так как это напрямую влияет на эффективность его эксплуатации. Также в рамках исследования изучен состав твердых и газообразных продуктов горения пеллетированного топлива», — отметила руководитель исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Галина Няшина.
Результаты исследования показали, что добавление картона в состав пеллет почти в два раза увеличивает их твердость по сравнению с пеллетами без добавок. Образцы трехкомпонентных пеллет, в которых помимо опилок и картона было добавлено масло, показали рост показателя твердости на 31-71 % по сравнению с обычными гранулами. Среди двух типов масла наилучшие показатели твердости продемонстрировало рапсовое масло: твердость образцов с ним была на 16-104 % выше.
Добавление масел в состав биогранул также позволило снизить влагопоглощение на 7-19 %, что предотвращает процессы разложения и гниения при хранении и транспортировке смесевых пеллет. Добавка масла также увеличила теплотворную способность пеллет на 11-18 % по сравнению с образцами древесных образцов. Кроме того, исследования показали, что добавление масла ускоряет воспламенение: время зажигания сокращается до 56 %.
Пилотные испытания показали, что исследуемые составы пеллет позволяют снизить расход топлива и повысить эффективность сгорания. Наиболее перспективными оказались два состава: W70C30 (70 % опилок и 30 % картона) — это простая и прочная композиция, и W+C+WMO5 (67,5 % опилок, 27,5 % картона и 5 % отработанного моторного масла) — оптимальный состав с балансом между энергоемкостью, устойчивостью к влаге и экологичностью. Их комплексный показатель эффективности оказался на 7-8 % выше, чем у обычных древесных пеллет,
— добавляет Галина Няшина.
Исследования выбросов антропогенных газов при сжигании смесевых пеллет показали, что композиции из картона снижали выбросы оксидов азота и серы на 9-25 % по сравнению с древесными пеллетами без добавок. При сжигании большинства составов пеллет концентрации выбросов остаются в рамках предельно допустимых концентраций, при условии контроля доли масла в составе.
В дальнейших исследованиях ученые сконцентрируются на тщательном исследовании вредных выбросов, безопасной утилизации и переработке золы, а также проверят, как композиционные пеллеты ведут себя при длительном хранении в разных условиях.