Газ можно получать не только из сланцев

Мы уже писали о том, что бытовые отходы, которыми давно уже к ужасу экологов заваливают окрестности больших городов, сами по себе являются неплохим энергетическим ресурсом. Причем – возобновляемым ресурсом. Правда, пользу этот ресурс будет приносить только в том случае, если нему приложить соответствующие наработки в области технологий. И такие наработки есть. В том числе, есть они и у ученых новосибирского Академгородка.

В феврале этого года на мероприятии, посвященном инновациям для Новосибирска, директор Института теплофизики СО РАН Сергей Алексеенко в своей презентации упомянул технологию плазменной переработки отходов. Как это часто бывает, некоторые перспективные разработки при своем появлении не вызывают бури восторгов и даже какого-то пристального внимания. То же самое можно сказать и об упомянутой технологии. Тем не менее, переоценить перспективность данного направления невозможно.

Напомним, что при плазменной переработке отходов в реакционной зоне достигается очень высокая температура (более 1 200 градусов Цельсия), за счет чего происходит их глубокое разложение с образованием простых соединений. На выходе мы получаем так называемый синтез-газ, легко очищаемый от вредных примесей с помощью вихревых скрубберов. Кроме синтез-газа отдельно собираются шлаки и шламы, оставшиеся от неорганической части перерабатываемых отходов. Иначе говоря, вся органика в реакторах газифицируется, а неорганическая часть превращается в жидкий шлак (после чего он охлаждается и гранулируется).

В данном случае интерес представляет процесс получения синтез-газа, представляющего собой смесь моноокиси СО («угарного газа») и водорода.

Синтез-газ, как отмечают специалисты Института теплофизики, может либо сжигаться в энергетических котлах – для получения тепла или электричества, либо использоваться в качестве ценного продукта в химических производствах.

Данная технология, как мы уже отмечали ранее, является, по сути, очередным прогрессивным шагом в деле утилизации отходов, выгодно отличаясь от обычного сжигания мусора.

В плазменных электротехнологических установках применяется тот же принцип, что и при знакомой нам всем электродуговой сварке. Высокие температуры здесь достигаются благодаря электрическому разряду в газах, при котором газ переходит в плазменное состояние. Для этого используются специальные устройства, называемые плазмотронами, или плазменными генераторами. Плазмотроны применяются в металлургической и химической промышленности уже со второй половины XX века. Так, плазменная техника получила широкое распространение в сварочном производстве, при резке металлов, для нанесения покрытий с использованием различных порошковых материалов. Печи с плазменным нагревом используются для плавки керамики. И это далеко не полный перечень применения.

Естественно, что в процессе развития плазменной техники сама собой напросилась мысль применить подобные устройства и к переработке отходов. Важным моментом является то, что для плазменных технологий характерны новые эффекты, связанные с электропроводностью плазмы, что позволяет осуществлять химические превращения с высокой энергетической эффективностью и получать вещества и материалы с новыми свойствами. К тому же высокие температуры и большая концентрация энергии в единице объема способствуют значительной интенсификации традиционных химических превращений. Всё это в определенной мере как раз и нашло отражение в плазменной переработке отходов.

Ясно, что любая новинка не сразу входит в нашу жизнь. Необходим определенный период, во время которого технологию доводят до приемлемого состояния, когда устраняются некоторые сложности, происходит оптимизация процесса. Пока еще плазменная переработка отходов не получила в мировой практике широкого распространения. На то есть свои причины.

Как разъяснил главный научный сотрудник Института теплофизики СО РАН Анатолий Аньшаков, вопрос упирается в надежность агрегатов. Ведь предприятия по утилизации отходов должны работать непрерывно, круглосуточно. Само по себе это требование простое, но именно из-за него возникают соответствующие «слабые места», нуждающиеся в адекватном техническом решении. И такие решения есть далеко не у всех разработчиков. Так, ресурс работы плазменных генераторов недостаточен для того, чтобы такое предприятие работало бесперебойно в течение длительного времени. Каждые две-три недели вам придется менять электроды. А это достаточно хлопотно. Кроме того, электроды сделаны из меди, а медь также достаточно дорогой материал.

Тем не менее, специалисты Института теплофизики СО РАН вместе со своими коллегами из НГТУ нашли свой подход к оптимизации процесса и предложили конструктивное оформление всей технологической цепочки, позволяющее таким производствам работать с приемлемой рентабельностью. В частности, были проведены экспериментальные исследования по плазменной переработке ТБО в шахтной электропечи с металлическим водоохлаждаемым кожухом. Как утверждают разработчики, агрегаты такой конструкции могут производить отечественные предприятия, в том числе новосибирские. По предварительным расчетам, мини-завод с производительностью 5 тонн/час (более 40 тысяч тонн в год) способен произвести тепла, достаточного для выработки 4-5 МВт электроэнергии – при затратах, составляющих 2,5-3 МВт. То есть такое производство будет самоокупаемым даже при строгих подсчетах. Что касается капитальных затрат, то стоимость «под ключ» составит порядка 10 миллионов долларов. По текущему курсу – 360 миллионов рублей. Для большого города как Новосибирск понадобится десяток таких предприятий. То есть на всё про всё надо будет около 4 миллиардов рублей. Не так уж много, откровенно говоря (к примеру, объем инвестиций в предприятие по выпуску автоклавного газобетона, построенного недавно в Искитимском районе, как раз составил четыре миллиарда рублей).

Для небольших муниципальных образований подойдут предприятия с меньшей производительностью – 2,3 тонн/час (20 тыс. тонн в год). За счет утилизации газа здесь можно получить за год 500 тысяч кубометров горячей воды с температурой 95 градусов Цельсия и около 200 тысяч кубометров воды с температурой около 60 градусов Цельсия (получаемой при отводе тепловой энергии от вихревого скруббера и охлаждаемых элементов печи и плазмотронов). Такое предприятие займет площадь около 3 га, а для его обслуживания понадобится 30-40 человек. Примерный срок окупаемости капиталовложений – до трех лет.

Что нужно для того, чтобы в Новосибирской области началось создание таких производств? Перво-наперво, нужен демонстрационный (пилотный) образец, на котором можно «обкатать» технологию. Для начала имеет смысл построить заводик по плазменной переработке отходов с производительностью хотя бы в одну тонну в час. Цена вопроса здесь – где-то 250 миллионов рублей.

Деньги не столь уж внушительные и, кстати, вполне по силам бюджету Новосибирска. Предприятие можно построить за год. Еще год понадобится, чтобы всё испытать и отладить. Через пару лет приглашаем частных инвесторов. И на третий год Новосибирск становится тем местом, где осуществляется технологическая революция. Красивая картинка, не правда ли? Только кому это у нас, в Новосибирске нужно? Вот в чем вопрос!

И ведь совсем не исключено, что через три-четыре года, пока у нас тут раскачиваются, этот прорыв осуществят где-нибудь в другой стране. И такой страной может стать соседний Китай, где очень внимательно следят за разработками новосибирских ученых.

Олег Носков