Исследователи Томского политехнического университета совместно с коллегами из Кузбасского технического университета предложили систему полигенерации, основанную на процессе газификации биомассы, например, буковых опилок, с использованием перегретого водяного пара. В Минобрнауки РФ подчеркнули, что установка отличается гибкостью и может работать с разными видами сырья, включая уголь, шламы и другие отходы. Ключевая особенность разработки заключается в применении пара, нагретого до 1000 °C под давлением до 30 бар, который задействуется в двухстадийных газогенераторах.
Принцип работы системы состоит из нескольких взаимосвязанных блоков. В первой камере происходит частичная газификация сырья, в результате которой образуется горючий газ и твердый остаток. Из газа в дальнейшем получают тепло и электроэнергию. Твердый остаток поступает во вторую камеру, где при более глубокой переработке формируется синтез-газ с высоким содержанием водорода (более 30%) и монооксида углерода. Такая замкнутая схема позволяет сократить вредные выбросы, а все компоненты системы функционируют в едином технологическом цикле.
Эксперименты показали существенный рост показателей эффективности. Так, эксергетическая эффективность парового котла, характеризующая способность установки совершать полезную работу, увеличилась более чем в три раза по сравнению с традиционными методами, достигнув 53%. Общая эксергетическая эффективность всей системы полигенерации составила до 39%, что выше показателей обычных энергетических станций.
Особое внимание ученые уделили выработке водорода. Согласно исследованию, энергетическая эффективность получения этого топлива выросла до 46%. В ходе моделирования были определены оптимальные параметры для максимальной производительности: пар должен быть нагрет до 960 °C при давлении в 2 бара. В таких условиях установка способна производить до 0,15 килограмма «зеленого» водорода в секунду, перерабатывая 4 килограмма биомассы с теплотворной способностью 19 МДж/кг. Как пояснил заведующий лабораторией тепломассопереноса ТПУ Павел Стрижак, система позволяет гибко регулировать объемы выпуска водорода, тепла и электроэнергии в зависимости от текущих потребностей.
Работа поддержана программой Минобрнауки России «Приоритет-2030» нацпроекта «Молодежь и дети», а ее результаты опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy. На следующем этапе исследователи планируют масштабировать схему и адаптировать ее для переработки угля, а также заняться созданием модели для получения синтетических топлив.
Ранее Наука Mail рассказывала, что найден способ снизить массу радиоактивных отходов.
