Из-за глобального потепления и истощения невозобновляемых природных ресурсов, для устойчивого развития энергетики и обеспечения экологической безопасности все более важной становится задача разработки технологий улавливания, переработки и утилизации отходов производства, утверждают авторы работы.
Один из способов переработки отходов – разложение органических и многих неорганических соединений на молекулы более простых веществ под воздействием высокой температуры (пиролиз). Пиролизом, например, можно получать водород из углеводородов.
Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с российскими и германскими коллегами модельно и экспериментально доказали, что эффективность производства водорода и водородосодержащих смесей в пиролизном реакторе можно повысить, увеличив площадь соприкосновения теплоносителя с сырьем (органическими промышленными отходами). Площадь была увеличена нанесением полусферических выступов на внутреннюю поверхность канала, по которым проходит теплоноситель.
"Подобный эффект в быту можно наблюдать при охлаждении чая. Когда мы переливаем чай из чашки в блюдце, то увеличивается контактная площадь и происходит более интенсивный теплообмен", – рассказал один из ведущих авторов исследования, младший научный сотрудник Лаборатории биотопливных композиций СФУ Олег Коленчуков.
По его словам, применение выступов способствует повышению теплообмена до 11,5% и увеличивает теплопередачу в среднем в 2,23 раза. Кроме того, выступы создают внутри канала вихревые образования, что дополнительно усиливает теплообмен между теплоносителем и сырьем. Сравнив показатели теплообмена и гидравлического сопротивления, ученые определили оптимальную комбинацию скорости потока и высоты выступов.
Повышение эффективности теплообмена положительно влияет на качество получаемых водородосодержащих смесей и объемы производимого водорода, способствует снижению размеров реакторов, и минимизирует вторичные реакции разложения, тем самым уменьшая количество загрязняющих веществ, образующихся при пиролизе – утверждают в СФУ.
Исследования были выполнены в лаборатории биотопливных композиций СФУ по государственному заданию Министерства науки и высшего образования России. Лаборатория создана в рамках деятельности Научно-образовательного центра "Енисейская Сибирь".
Деятельность НОЦ "Енисейская Сибирь", созданного на базе СФУ по инициативе Красноярского края, республик Хакасия и Тыва, направлена на улучшение экологической ситуации в России и декарбонизацию промышленности. В составе НОЦ 9 университетов, 5 научно-исследовательских институтов и 14 промышленных предприятий.
