…У тому числі діоксини
Дизпаливо із пластикових відходів одержали миколаївські вчені, розв’язавши відразу два завдання — екологічне та економічне.
…Завантажили на переробку відходи пластику, від яких наші міста вже починають задихатися, а через три години заправили автомобілі й… поїхали. Такий сценарій стає цілком реальним завдяки піролізній установці УП-14, розробленій ученими Національного університету кораблебудування (НУК, Миколаїв).
Відходи «у власному соку»
Її робота ґрунтується на технології багатоконтурного циркуляційного піролізу (БЦП), аналогів якій у світі нема. Вона дозволяє утилізувати будь-які органічні тверді відходи — полімерні матеріали, гумовотехнічні вироби, деревину, будь-яке тверде органічне сміття. Більш того, технологія дає можливість одержати високоякісне паливо, що може бути як рідким, так і газоподібним. У порівнянні з нею стандартні схеми піролізу мають багато недоліків, у тому числі й екологічного характеру.
Один з авторів ідеї — кандидат технічних наук доцент кафедри екології НУК Людмила Маркіна — почала працювати над цією темою ще більше десяти років тому, захищаючи дипломний проект. Продовжила роботу й під час навчання в аспірантурі. Тоді ж було виявлено недоліки «стандартного» методу піролізу, створено й запатентовано технологію МЦП. Одночасно з теоретичними дослідженнями складали й першу дослідну установку. Співавтором проекту став старший науковий співробітник миколаївського університету Микола Рудюк. Вагомий внесок у розробку теми зробив і доктор технічних наук, професор, академік Академії наук вищої школи та Академії наук суднобудування України, завідувач кафедри екології ректор НУК Сергій Сергійович Рижков.
Група, до якої крім співробітників університету входять студенти та аспіранти, являє собою мініатюрний науково-дослідний і дослідно-конструкторський центр. Його учасники доопрацювали технологію, створили конструкцію, зварили вузли агрегату. Нова установка за назвою УП-14 дозволяє так підібрати технологічні параметри процесу, що кількісне співвідношення одержуваного газу й рідкого палива можна варіювати залежно від конкретних вимог.
— Принцип її роботи такий. У спеціальну посудину, розташовану в реакторі установки, завантажують тверді відходи, реактор герметично закривається. Запуск відбувається за допомогою природного газу. Через півгодини вмикається пальник допалювання піролізного газу (при цьому природний — відключається), і далі агрегат цілком забезпечує себе паливом, – розповідає Людмила Маркіна і додає, що за температури 600°С у реакторі відбувається плавка сировини без доступу атмосферного кисню. Відходи ніби «варяться у власному соку». Далі продукти плавлення надходять у багатоконтурну циркуляційну систему, де за певних температурних режимів відбувається конденсація шкідливих токсичних компонентів. Цілковито вони руйнуються після багаторазового проходження продуктів плавлення через реактор і циркуляційну систему.
Дослідження показали, що в установці руйнуються всі основні високомолекулярні токсичні компоненти, які можуть утворюватися під час піролізу, у тому числі діоксини. Одержувана в результаті переробки рідина, за словами Л.Маркіної, являє собою продукт, дуже близький за своїми характеристиками до дизельного палива марки Л-2. Це підтверджено хімічними аналізами й фізичними дослідженнями. Більш того, проведено експерименти із заправлення цим паливом легкової «Тойоти». Результат був прогнозованим: двигун авто на різних режимах працював стабільно без детонації.
Після остигання реактора з нього прибирають твердий залишок — пірокарбон. Причому під час утилізації тільки полімерних відходів його залишається мало — 70—100 грамів із кілограма відходів. Аналіз підтвердив його абсолютну екологічну безпеку. Більш того, за результатами досліджень, проведених у харківському інституті Гіпросталь, зроблено висновок про доцільність використання цієї речовини в металургійній промисловості. Можливе також його застосування як сорбенту у фільтрах з очищення стічних вод. Крім того, аналіз характеристик пірокарбону показав, що за хімічним складом він ідентичний вугіллю Донецького басейну. І якщо не знайдеться раціональнішого застосування, то його можна спалювати для одержання теплової енергії.
І технологія БЦП, і сама установка вже мають повний пакет документації з екологічної безпеки. Природоохоронні дослідження проводилися разом із київським Інститутом екогігієни і токсикології ім. Л.І.Медведя, що свідчить про їх високий рівень.
Від теорії — до практики
УП-14 уже зараз без якихось доробок можна застосовувати для утилізації невеликих партій твердих органічних відходів під час обслуговування об’єктів соціальної інфраструктури: турбаз, лікарень, залізничних станцій — скрізь, де нагромаджуються відходи пластику й целофану, при цьому виготовлятиметься певна кількість рідкого палива. Установка досить компактна й за одне завантаження здатна виробити 3,5 л палива з 5 кг відходів. Немаловажно, що вона утилізує медичні відходи — шприци й крапельниці, у тому числі інфіковані.
Усі розробки НУКівців запатентовані, і зараз триває робота над поліпшенням конструктивних елементів установки, зокрема над підвищенням її ККД та енергоефективності. Термін служби реактора може бути доведено до 20 тис. годин. За відповідного фінансування цілком реально швидко побудувати агрегат з урахуванням додаткових вимог замовника.
Сьогодні основна мета УП-14 — розв’язання екологічних завдань. А от для одержання палива в економічно вигідних масштабах на базі цієї установки доцільно побудувати потужнішу, говорять автори проекту. Економічний ефект досягається на установках, здатних переробляти кілька десятків тонн сировини на добу за безперервного режиму. Конструкторська документація та економічні розрахунки для такого варіанта фахівці НУК уже виконали. Так, для забезпечення безперервності роботи створено декілька завантажувальних пристроїв. Їхня особливість у тому, що різноманітні відходи подаються без підготовки. Але найголовніше — у процесі завантаження забезпечено цілковиту герметизацію реактора, що виключає шкідливі викиди й не допускає потрапляння в реактор кисню — основного каталізатора для утворення діоксинів. А невелика кількість токсичних компонентів, які утворилися за участю кисню, який спочатку був у реакторі, цілком розкладається в циркуляційній системі установки.
Однак усе це стосується переробки сухих побутових відходів, вологість яких не перевищує 10—15%. Для переробки сировини з міських звалищ технологія МЦП не придатна. Щоб розв’язати це завдання, миколаївські вчені запропонували з’єднати дві технології — МЦП і двозонну газифікацію. У результаті одержали нову, за назвою екопірогенезис. До речі, вона дозволяє одержати на виході ще більш якісне альтернативне рідке й газоподібне паливо. Технологію екопірогенезису щодо техніко-економічного розрахунку доцільно застосовувати на агрегатах великої потужності.
Потенційні замовники вже зацікавилися розробкою миколаївських учених. Комплект технічної документації установки БЦП/МІВ-130 з утилізації інфікованих медичних відходів придбав Київський інститут геохімії довкілля. Найближчим часом планують виготовити цю установку. За замовленням із Вознесенська Миколаївської області розроблена технічна документація для будівництва там сміттєпереробного заводу з використанням технології БЦП. Цікавилися розробками НУК і поляки. А за замовлень на установки великої продуктивності до їхнього виготовлення долучиться миколаївське ДП «Науково-виробничий комплекс газотурбобудування «Зоря»-«Машпроект» — саме це підприємство має відповідне обладнання й великий досвід роботи з жароміцними матеріалами.
Однак для подальшого просування установок на ринок необхідна підтримка держави — хоча б на початковому етапі. Адже крім фінансування є й інші проблеми. Зокрема, навряд чи інвестор здатний сьогодні впоратися зі збиранням, сортуванням і доставкою сировини — цей етап передбачає активну роботу з населенням. І саме тут без підтримки комунальних організацій не обійтися.
