Мы, пожалуй, безосновательно считаем уголь «морально устаревшим» топливом. В последнее время модернизация отечественных энергетических систем у нас устойчиво ассоциируется с полной газификацией всей страны. Отход от угля и переход на газ, особенно в малой энергетике, воспринимается многими из нас как безусловное благо, как показатель прогресса. Однако это довольно предвзятый взгляд на суть вещей. Ведь прогресс, по большому счету, имеет отношение не столько к виду используемого топлива, сколько к уровню эффективности его использования. Тот же газ можно сжигать нерачительно, неэффективно. Гораздо неэффективнее угля.
Уголь, со своей стороны, тоже можно сжигать как попало, а можно – грамотно и с большой экономической отдачей, причем без тяжелых последствий для окружающей среды. Собственно, как раз над решением подобных задач и должна работать наука. И такая работа достаточно хорошо поставлена в институтах СО РАН, что вполне понятно – запасы угля в Сибири колоссальны. И пока правительство не намерено закрывать угольные шахты, есть смысл сделать так, чтобы данный вид топлива использовался на современном уровне.
Напомним, что один из основателей Института теплофизики СО РАН – академик Самсон Кутателадзе – был убежденным сторонником «карбонизации» Сибири, то есть рассматривал уголь в качестве основного топлива для наших краев. Естественно, при условии грамотных, передовых подходов к его сжиганию. И надо сказать, что Институт теплофизики вполне успешно развивает данное направление, предлагая (о чем мы уже писали раньше) соответствующие разработки. Как мы рассказывали, одни разработчики предлагают использовать специальный микропомол угля, благодаря чему тот может гореть не хуже газа. Другие предлагают использовать водно-угольную смесь.
Главная задача, которую пытаются таким образом решить, – добиться максимального сжигания угля в топке. Сегодня в огромных котлах ТЭЦ (где уголь сгорает в виде пыли) этот показатель составляет порядка 90%. Вроде бы, неплохо. Однако, учитывая огромные объемы сжигаемого топлива, несложно представить, сколько этого угля ежедневно буквально вылетает в трубу.
Значительно хуже дела обстоят в малой энергетике, где уголь (сжигаемый кусками, на решетках) сгорает едва ли на 80%. Что касается новых методов, то они позволят довести указанный показатель до 97-98 процентов.
Но есть еще одна неприятность. Она связана с «легкими» угольной топки. Угольная топка «дышит» воздухом, а воздух почти на 80% состоит из азота. А далее, из-за высоких температур, азот окисляется, эти окиси попадают в атмосферу, грозя нам нехорошими последствиями. Считается, что окиси азота отрицательно влияют на здоровье человека, особенно для людей, страдающих бронхо-легочными заболеваниями. Кроме окисей азота в атмосферу попадает и окись углерода – угарный газ. В идеале было бы неплохо, чтобы от процесса сгорания в трубу вылетал чистый углекислый газ. Его не только легко уловить, но можно еще и использовать с большой пользой. Спектр применения углекислого газа в промышленности весьма широк. Его используют для производства удобрений, извести, сухого льда. Его можно применять в тепличном хозяйстве, повышая урожайность культур. И в настоящее время существуют эффективные способы его улавливания из источников газовых выбросов.
В общем, угольные топки со временем перестанут восприниматься как источник загрязнения воздуха. Скорее, их будут рассматривать как источник получения чистого углекислого газа. Но что для этого нужно? Нужно, чтобы в топку поступал воздух, «очищенный» от азота. Добавление в топку чистого кислорода само по себе, как мы понимаем, может улучшить процесс горения. Это совершенно понятно.
Правда, никто не будет подавать кислород в топку из баллонов, ибо это умопомрачительно дорого. Гораздо лучше, если воздух будет освобождаться от азота, что называется, непосредственно перед подачей в котел. Фантастика? Нет.
В одном из предыдущих материалов мы уже писали о том, что в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН создана специальная мембрана, которая при нагревании осуществляет разделение газов, пропуская через себя только кислород. Одно из применений такой мембраны имеет прямое отношение к химической промышленности. Связано оно с дешевым получением чистого кислорода. Но, как оказалось, данные мембраны можно использовать и в энергетических системах. Таким путем здесь как раз достигаются отмеченные выше эффекты: полное сжигание топлива и отсутствие вредных окисей в выбросах.
Нельзя сказать, что это есть исключительно наше изобретение. Проблема, которую мы затронули, носит мировой характер. Над ее решением бьются, например, в таких странах, как Германия и Япония, где также не спешат отказываться от угольного топлива. Поэтому, как заметил заместитель директора ИХТТМ СО РАН Александр Немудрый, нашим ученым приходится конкурировать со своими зарубежными коллегами. Но пока что, надо отметить, наши специалисты идут с заграницей нога в ногу.
В настоящее время сотрудниками ИХТТМ СО РАН разработан цикл сжигания угольного топлива в котлах, где могут применяться указанные мембраны. Важный момент состоит в том, что чистый кислород, подающийся в топку, частично смешивается с топочным газом. Для чего? А для того, что подавать только лишь чистый кислород весьма опасно, иначе у вас там начнет плавиться металл. Поэтому кислород нужно с чем-то смешивать (но не с азотом, конечно же, иначе какой смысл в этих мембранах?). Выход был найден именно в специальной организации цикла сжигания. Экономно и эффективно.
Как мы понимаем, если указанную инновацию совместить в едином проекте с упомянутыми выше разработками Института теплофизики СО РАН, то наша страна, безусловно, вырвалась бы в абсолютные лидеры по части грамотного использования угля в качестве топлива. С точки зрения науки этому ничто не мешает. Препятствия только в одном – в политике. С одной стороны, зеленый свет у нас зажигается только для нефтегазовых монополистов. «Угольная» тема, в данном случае, вряд ли вписывается в выбранные властью приоритеты.
С другой стороны, новый формат управления научными организациями также не сулит ничего хорошего, ибо академические институты превращаются в удельные княжества, и какие-либо совместные проекты по собственной воле вряд ли кто-то будет инициировать (да и зачем, когда государству это не интересно). При такой политике японцы и немцы опять будут ходить в наших учителях. Мы уж не говорим о том, что при подобном развитии событий отечественные разработки могут попасть в ту же Германию вместе с нашими же учеными.
Олег Носков
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии