ТОМСК, 25 мая – РИА
Томск, Елена Тайлашева. Доступная и безопасная энергия – это и мечта, и
вызов для человечества. Объективно альтернативная энергетика не скоро займет
этот "пьедестал": главным топливом остается уголь, поэтому мир внимательно следит
за работой ученых, ищущих способы снизить антропогенные выбросы угольных ТЭС.
Например – за теплоэнергетиками Томского политеха (ТПУ). Подробнее – в материале РИА Томск.
Тайна пропавшего угля
У каждой европейской страны есть график полного отказа от генерации
угля: Франция планирует остановить ее к 2023 году, Испания – ближе к 2030-2040-м,
Германия поставила крайний срок 2038 год. Но процесс дается тяжело, особенно
двум главным "угольным державам" Европы – Германии и Польше, которые ответственны
за 54% европейских "угольных" выбросов.
"В 2014 году были опубликованы данные, что министерство экологии
Германии обнаружило увеличение выбросов оксидов серы и азота в атмосферу на 1,8%.
Для них это катастрофа. В то же время предприятия металлургической и химической
промышленности, работающие на территории Германии, показали снижение выбросов
этих оксидов на 4-5%", – рассказывает профессор НОЦ имени И. Н.
Бутакова ТПУ, доктор физико-математических наук Гений Кузнецов.
Начали разбираться и выяснили: на территории страны есть
мусоросжигающие заводы, вырабатывающие электроэнергию, которая засчитывается
как "зеленая" (вырабатывается возобновляемыми источниками энергии). "Но мусор – это очень низкокалорийное топливо, поэтому параллельно с одной линией для
сжигания мусора на таких заводах работают одна-две линии с углем. По сути это
были подпольные угольные ТЭС", – говорит ученый.
Азиатские страны развивают угольную энергетику открыто, например,
Китай чуть ли не каждую неделю запускает строительство новой угольной
электростанции. Почти 600 угольных электростанций находятся на стадии проектирования
и строительства в Азии и Африке. То есть, если быть честным, от
этого вида топлива – дешевого и легкодоступного, да к тому же имеющегося с
большим запасом – мир не уйдет еще долго. Большинство прогнозов отводят мировой
угольной генерации больше 20% к 2040 году. Но никак не ноль…
© Администрация Кемеровской областиПо данным General Electric, стоимость выработки 1 кВт ч на угле – 3-9 центов, газ обходится в 2-12 ¢, атом – 4-11¢, биомасса – 13-19¢, солнце – 14-26¢. Но уголь и самый "черный" для экологии, фильтрация выбросов помогает мало.
"Остается одно – неким образом изменить саму технологию
сжигания угля, которая бы существенно – в 2-2,5 раза – снизила выброс
антропогенных газов и летучей золы", – поясняет Кузнецов.
Разобрали на цитаты
Гений Кузнецов и его ученик профессор Павел Стрижак в 2020
году стали самыми публикуемыми учеными ТПУ (у первого 42 публикации и индекс
Хирша 36, у второго – 32 статьи, индекс Хирша 34). Они же среди лидеров по
количеству публикаций в высокорейтинговых журналах, а также по цитируемости.
"В нашем научном коллективе около 20 человек, причем я один
старше 36 лет – у нас более 90% молодежи. К кандидатской каждый имеет по 5-6
статей в ведущих научных журналах: нас очень хорошо публикуют, и вхождение
Томского политеха в топ-100 Шанхайского рейтинга по направлению Mechanical
Engineering – в основном заслуга теплоэнергетиков, поскольку в этом рейтинге оценивается
в первую очередь уровень публикаций", – отмечает Кузнецов.
© РИА Томск. Елена Тайлашева"За исследованиями, которые затрагивают вопрос снижения "углеродного следа" угольной энергетики, очень внимательно следит весь мир", – говорит Гений Кузнецов.
"Мы, в частности, исследуем технологии модернизации сжигания
угля, чтобы сделать процесс более безопасным для экологии. Чем Том Круз в
фильмах занимается? Мир спасает. Вот и мы пытаемся спасти мир при помощи науки", – улыбается ученый.
По его словам, многими исследователями, не только томскими,
установлен факт: если в уголь при сжигании добавлять хотя бы 10% биомассы (древесных
опилок, соломы, ореховой скорлупы, косточек, мандариновой цедры и другого), то
выброс оксидов азота и серы снижается на 10-15-20%. С 2017 года работает пара
десятков электрических станций в Германии, Швеции, Финляндии, в топках паровых
котлов которых сжигается уголь с добавками биомассы.
Также хорошо показали себя водоугольные технологии, когда
сжигается не уголь, а смесь угля и воды примерно 50/50. Если при сжигании 1 килограмма угля образуется 10 грамм оксидов серы, то с водоугольным топливом (ВУТ) этот
показатель падает до 2,5 грамма – в четыре раза!
Эти технологии пытались реализовать еще в Советском Союзе, например,
в Новосибирске 40 лет назад была крупная ТЭС, работающая на водоугольной
суспензии. Ее гнали из Кузбасса по 250-километровому трубопроводу. Впрочем, после
перестройки его разобрали на металл… Сейчас к ВУТ большой интерес в Китае, где две трети электроэнергии генерируется угольными ТЭС.
"Но для того чтобы альтернативные способы сжигания угля – с
биомассой, водой и так далее – развивались, нужно обосновать физику и химию комплекса
происходящих процессов. Именно этим и занимается наш коллектив. Много лет назад
я стал свидетелем, как директору одной из ТЭЦ некие люди презентовали порошок,
который увеличивает выход пара в два раза при кипении воды в экономайзерах и
пароперегревателях.
Директор спросил: "А за счет чего это происходит?" – "Не
знаем, просто получается и все" – "Тогда до свидания". Наука должна четко
объяснить, за счет чего достигается нужный эффект. Когда эксплуатирующие
организации поймут плюсы новых технологий, у этих технологий будет больше
шансов превратиться из продукта научных исследований в продукт опытно-конструкторских
работ.
Ведь стоимость опытно-конструкторских работ в 7-8 раз
больше, чем научно-исследовательских", – подчеркивает Кузнецов.
© предоставлено пресс-службой ТПУТакже политехники интенсивно изучают возможность использования отходов угледобычи, в частности фильтр-кека в составе композитного топлива. В одном только Кузбассе это позволит освободить многие тысячи квадратных метров территорий, заваленных отходами углеобогащения.
Мощь консорциума
По водоугольным технологиям у России вообще есть шансы стать
лидером в мире – с точки зрения науки как минимум. В прошлом году приказом
Минобрнауки в России был создан 41 консорциум РАН, в каждый вошли от 5 до 10
академических институтов и университетов, работающих в приоритетных для страны научных
направлениях. Из Томска единственное попадание в такой консорциум – коллектив
теплоэнергетиков Томского политехнического университета.
"Консорциум, в который мы вошли, возглавляет Институт
теплофизики СО РАН. Он ориентирован на фундаментальные решения задач горения,
детонации, взрыва. Томский политех в этом проекте будет работать в области
исследования органоводоугольных топливных композиций, создавать базу данных по
свойствам и характеристикам новых перспективных композиционных топлив.
Перспективных именно с точки зрения экологии", – говорит специалист.
На 10 исполнителей консорциума начиная с осени 2020 года до
конца 2022 года выделяется по 100 миллионов в год, из них 10 миллионов – теплоэнергетикам ТПУ. "Из этих денег мы не только повысили себе зарплаты, а
вложили их значительную часть в оборудование, комплектующие, командировки,
издание монографий. Чтобы быть еще эффективнее в своих научных исследованиях", – говорит Кузнецов.