В Корее смогли из кофейной гущи получить высококачественное топливо с теплотворной способностью на уровне антрацита, обработав ее огневой плазмой
- 23 мая
- 3 мин. чтения
Корреспондент Гу Бон Хёк
- Команда во главе с доктором Пак Тхэ Чжун из Корейского института геонаук и минеральных ресурсов (KIGAM) разработала технологию «термического разложения в огневой плазме»
Кофейная гуща [Фото предоставлено «Чигухада»]
Южнокорейские ученые представили технологию переработки кофейной гущи в высококачественное топливо на уровне антрацита.
В связи с ростом мирового потребления кофе ежегодно образуется более 10 млн тонн кофейной гущи, однако большая часть из них попадает на свалки или сжигается, что приводит к выбросам парниковых газов и загрязнению окружающей среды.
Исследовательская группа во главе с доктором Пак Тхэ Чжун из Центра исследований по использованию ресурсов Корейского института геонаук и минеральных ресурсов (KIGAM) совместно с компанией «ELCYCER» (веб-сайт: https://godtech.co.kr/en) разработала технологию «термического разложения в огневой плазме», позволяющую превращать кофейную гущу с содержанием влаги 55% в высококачественный биоуголь всего за 90 секунд без отдельного процесса сушки или обезжиривания (удаления масла).
Термин «биоуголь» (Biochar) образован из слов «биомасса» (Biomass) и «древесный уголь» (Charcoal), и обозначает вещество, полученное путем термического разложения органических веществ, таких как стебли зерновых культур, экскременты животных и пищевые отходы, при температуре выше 350 °C в условиях низкого содержания кислорода. При карбонизации, подобной производству древесного угля, образуется полициклическая ароматическая структура, которую микроорганизмы с трудом разлагают, поэтому около 20% углерода, накопленного в органических веществах, не разлагается, а остается в земле, что позволяет хранить углерод в почве в течение длительного времени.
Процесс обработки с помощью технологии термического разложения огневой плазмой [Предоставлено Корейским институтом геологических ресурсов]
Рис. 1. Система плазменного горения при атмосферном давлении.
Рис. 2. Снижение массы кофейной гущи (spent coffee grounds или SCG) после термической обработки с использованием огневой плазмы
Рис. 3. Результаты макроанализа SCG в зависимости от времени плазменной обработки: (а) содержание летучих веществ, (б) зольность, (в) содержание нелетучего углерода и (г) теплотворная способность.
Рис. 4. Изменение поровой структуры SCG в зависимости от времени воздействия плазменной обработки. (a) Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) при различном времени воздействия. (b) Схема, иллюстрирующая переход от непористого сырого SCG к максимальной пористости и последующему коллапсу при продолжительной обработке.
Эта технология основана на сжигании сжиженного нефтяного газа (LPG) и сжатого воздуха с целью создания огневой плазмы при атмосферном давлении и температуре около 800–900 °C, которое используется для непосредственной переработки биомассы с высоким содержанием влаги. В отличие от существующих процессов термического разложения, где предварительная сушка для удаления влаги является обязательной, данная технология позволяет полностью исключить этот этап предварительной обработки.
По результатам экспериментов, проведенных исследовательской группой при 90-секундной обработке, была получена теплота сгорания на уровне 29,0 МДж/кг, что примерно на 33 % превышает показатель исходного сырья (кофейная гуща — 21,8 МДж/кг), благодаря чему полученное топливо продемонстрировало характеристики высококачественного твердого топлива, аналогичные обычному антрациту. Кроме того, содержание фиксированного углерода увеличилось примерно в 3 раза (с 15,6% до 46,2%), а сера была полностью удалена, что свидетельствует об экологичности материала, поскольку при сжигании не образуются оксиды серы (SOx). Удельная поверхность также увеличилась до 115,4 м²/г, что подтвердило возможность дополнительного использования в качестве прекурсора для активированного угля или адсорбционного материала. Практически не наблюдалось образования вторичных загрязняющих веществ, таких как дым и смола, которые были проблемой в существующих процессах термического разложения.
Доктор Пак Тхэ Чжун, Корейский институт геонаук и минеральных ресурсов [Предоставлено Корейским институтом геонаук и минеральных ресурсов]
Эффективность процесса также значительно улучшилась. По сравнению с существующим процессом гидротермической карбонизации (1–6 часов) время обработки сокращается как минимум в 40 раз, а как максимум — в 240 раз, а по сравнению с процессом торефакции (30 минут и более) — примерно в 20 раз. Кроме того, удалось снизить энергопотребление по сравнению с электрическими плазменными устройствами, что обеспечило экономичность и экологичность одновременно.
«Разработанная технология представляет собой новую парадигму, позволяющую превратить отходы не просто в объект переработки, а в энергетический ресурс с высокой добавленной стоимостью» - сказал доктор Пак Тхэ Чхун, добавив: «В будущем мы планируем расширить сферу применения этой технологии на различные органические отходы с высоким содержанием влаги и, посредством оптимизации процесса и экспериментальных исследований, превратить ее в коммерческую технологию, применимую на промышленных объектах».
Результаты данного исследования опубликованы в международном научном журнале по химической инженерии «Chemical Engineering Journal».
Комментарии