Ученые УрФУ создали новую технологию получения энергии из каменного угля

25 Декабря 2017

Предложенная учеными технология улучшит энергетические и экологические характеристики установок по сравнению с существующими угольными электростанциями. Рисунок предоставлен авторами исследования.

Сотрудники Уральского федерального университета разработали более эффективную по сравнению с существующими на сегодняшний день технологию превращения каменного угля в электроэнергию. Результаты исследованная были опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy.

«В данной работе мы решаем задачу замены уникального продукта — природного газа — на каменный уголь с одновременным улучшением энергетических и экологических характеристик установок по сравнению с существующими угольными электростанциями. Показана высокая эффективность применения данной технологии для совместного производства электрической и тепловой энергии при существенно более простой схеме установки», — рассказал один из авторов статьи Сергей Щеклеин, доктор технических наук, заведующий кафедрой атомных станций и возобновляемых источников энергии Уральского энергетического института УрФУ.

Схему получения синтез-газа — аналога природного топлива — разработали в УрФУ

Предложенная учеными технология улучшит энергетические и экологические характеристики установок

Каменный уголь составляет более 90 % запасов органического топлива, находящегося в литосфере Земли. С помощью сжигания угля и ископаемого топлива можно получить электрическую энергию (на этом основана работа ТЭС), однако существующие технологии ее получения таким методом малоэффективны, неэкологичны и очень материалоемки — с большим количеством отходов. Добыча и сжигание угля загрязняют почву, воздух, неблагоприятно влияют на флору и фауну.

Если прямо преобразовывать углеводородное топливо в электрическую энергию, то можно одновременно и упростить, и улучшить конструкции электростанций. Такое прямое преобразование можно осуществить с помощью электрохимических генераторов, использующих в качестве топлива природный газ или схожие с ним по составу смеси.

Ученые предложили оригинальную схему получения аналога природного топлива — синтез-газа (смеси водорода с угарным газом) — из каменного угля и проанализировали эффективность его использования в качестве топлива для электрохимического генератора. Оказалось, что новая разработка может заменить использующийся сегодня неэкологичный и низко эффективный процесс сжигания угля более экологичным и безотходным. Все продукты, полученные при работе созданной установки, можно либо сжижать и захоранивать, либо использовать для производства промышленно важных веществ: этилового спирта, этилена, и других углеводородов.

Получение синтез-газа проходило в установке с кипящим слоем, разработанной в УрФУ под руководством профессора Алексея Дубинина, позволяющей многократно увеличить интенсивность взаимодействия реагентов и получить на выходе более чистый продукт. После очистки полученного продукта ученые поместили его в высокотемпературный твердооксидный топливный элемент, где в результате реакций водорода и кислорода воздуха выработалась электрическая энергия. Остатки водорода и весь оксид углерода поступили в котел-утилизатор, в котором за счет сгорания была получена тепловая энергия, необходимая для технологического процесса и генераторов. Продукты сгорания в котле-утилизаторе не содержат золы и серы, поэтому не требуют глубокой очистки.

Работа состояла из теоретической и экспериментальной частей. В теоретической части ученые рассмотрели энергетические и физико-химические процессы, протекающие в предложенной схеме установки, и определили основные энергетические характеристики. Также исследователи показали, что предложенная технологическая схема позволяет получить такие же характеристики топливной эффективности, как и у передовых разработок, использующих в качестве сырья дефицитные топлива — нефть и природный газ.

В экспериментальной части работы ученые получили из угольного топлива синтез-газ, который является достаточно энергоемким продуктом и очень удобен для транспортировки. Авторы исследовали состав полученного газа в широком диапазоне изменения режимных параметров и определили области, наибольшей устойчивости кипящего слоя и эффективной газогенерации.

Подобные разработки ведутся во всем мире, и больше всех в этой области продвинулись США, Китай, и Германия. Но наша российская разработка в этом плане является уникальной. На данный момент идут переговоры с промышленными партнерами о создании демонстрационных образцов. Следующий шаг — масштабирование установки и ее запуск в производство.

«Полученные результаты позволяют ставить вопрос о создании новой энергетики ХХI века», — заключил Щеклеин.



УрФУ — участник Проекта 5-100, ключевым результатом которого должно стать появление в России к 2020-му году современных университетов-лидеров с эффективной структурой управления и международной академической репутацией, способных задавать тенденции развития мирового высшего образования



Источник: Официальный сайт УрФУ