В ТПУ разработали состав прочного, водостойкого и экономичного биотоплива

Оптимальный состав твердого пеллетированного топлива из отходов деревообрабатывающих и промышленных предприятий с добавкой отработанных масел определили в ходе исследований специалисты Томского политехнического университета (ТПУ), 24 апреля сообщила пресс-служба вуза.

Для создания композиционных, смесевых топливных пеллет в ТПУ использовали древесные опилки и отходы картона, а в качестве горючих добавок — отработанное моторное и рапсовое масла. Топливо такого состава в ходе испытаний показало на 7–8% возросшую эффективность отдачи тепла, высокую влагостойкость и экологичность. Пеллеты такого биотоплива можно будет применять в бытовых отопительных котлах и малых ТЭЦ.

По данным, полученным в ходе экспериментальных исследований, был проведен комплексный многокритериальный анализ (MCDA), в котором учитывались физико-механические свойства, характеристики зажигания и горения, затраты на сырье, производство и транспортировку композиционных пеллет нескольких составов.

Руководитель исследования, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Галина Няшина сообщила:

«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».

Она отметила, что особое внимание исследователи уделили таким механическим характеристикам, как плотность, твердость и ударопрочность, поскольку важно, чтобы пеллеты сохраняли целостность при транспортировке, «так как это напрямую влияет на эффективность его эксплуатации». Кроме того, в ходе исследований был проанализирован состав твердых и газообразных продуктов горения пеллетированного топлива.

В результате испытаний было установлено, что добавка картона в состав пеллет почти в два раза увеличивает их твердость по сравнению с пеллетами без добавок. А у пеллет, в которых к опилкам и картону добавляли масло, показатель твердости возрос на 31–71%. Из двух типов масел лучшие показатели твердости были у рапсового масла. С ним твердость образцов возрастала на 16–104%.

Также добавление масел в состав на 7–19% снизило поглощение влаги, которая способствует процессам разложения и гниения при хранении и транспортировке таких пеллет. Одновременно при добавлении масла на 11–18% увеличивается теплотворность композиционных пеллет по сравнению с древесными образцами, а также до 56% сокращается время воспламенения. Всё это позволит снизить расход топлива и повысить эффективность сгорания.

Оптимальными составами, в которых был осуществлен баланс между энергоемкостью, устойчивостью к влаге и экологичностью, оказались два состава. Это W70C30 (70% опилок и 30% картона) и W+C+WMO5 (67,5% опилок, 27,5% картона и 5% отработанного моторного масла). Комплексный показатель их эффективности был на 7–8% выше, чем у обычных древесных пеллет,

В выбросах газов при сжигании смесевых пеллет из картона было ниже содержание оксидов азота и серы на 9–25% по сравнению с древесными пеллетами без добавок. Также при сжигании большинства предложенных составов пеллет концентрации выбросов остаются в рамках допустимых, но при условии контроля доли масла в составе.

Ученые планируют в своих дальнейших исследованиях особое внимание уделить вопросам экологии: тщательному исследованию вредных выбросов, безопасной утилизации и переработке золы, а также проверке поведения композиционных пеллет при длительном хранении в разных условиях.

Исследования ученых ТПУ проводились в рамках проекта Российского научного фонда «Пеллетированные и брикетированные топлива из индустриальных, сельскохозяйственных и коммунальных отходов».

Результаты работы исследователи представили в статье «Влияние масляных присадок на физические и горючие характеристики гранул из биомассы и картона» (Impact of oil additives on the physical and combustion characteristics of pellets from biomass and cardboard), опубликованной в журнале Biomass and Bioenergy (Q1, IF: 5,8).