Томские ученые превратили отходы одновременно в три вида энергии

Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Кузбасского технического университета разработали систему полигенерации, которая позволяет из отходов сельского хозяйства вырабатывать одновременно три вида энергии – «зеленый» водород, тепло- и электроэнергию.

Отмечается, что такой подход увеличивает энергетическую эффективность схемы получения водорода до 46%, а общую эксергетическую эффективность (характеристика, отражающая отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам этих ресурсов) до 39%. Систему может найти практическое применение в основе создания биоэнергетических установок для удаленных районов страны.

Результаты работы ученых опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy.

Система полигенерации основана на газификации сельскохозяйственных отходов (буковых опилок) с использованием перегретого водяного пара, однако обладает «гибкостью» и может использовать различные исходные материалы, например, уголь, шламы, биомассу и другое. Система базируется на уникальном способе получения водяного пара с температурой до 1000 °C при давлении до 30 бар. Пар с такими параметрами предполагается использовать в двухстадийных газогенераторах. В первой камере происходит частичная газификация исходных материалов с образованием горючего газа (из него в дальнейшем получают тепло и электроэнергию) и твердого остатка. Во второй камере процесс газификации проходит с образованием синтез-газа, богатого водородом (более 30 %) и CO.

Разработку ученые протестировали на модели с варьированием состава сырья и свойств в диапазонах, типичных для разных регионов страны и мира. Результаты показали, что эксергетическая эффективность парового котла при использовании системы полигенерации выросла более чем в три раза: с 17 % при традиционном распределении пара до 53 % – при новом подходе. Эксергетическая эффективность разработанной системы составила до 39 %, что выше традиционных станций генерации энергии.

«Предложенное технологическое решение позволяет производить до 0,15 кг «зеленого» водорода в секунду из биомассы с теплотворной способностью 19 МДж/кг, используя 4 кг отходов. Система гибкая и позволяет регулировать выпуск водорода, тепла и электроэнергии в зависимости от потребности», – отметил заведующий лабораторией тепломассопереноса ТПУ Павел Стрижак.

Следующим этапом исследований станет масштабирование предлагаемой схемы и ее расчет для угля.

Фото: сайт ТПУ