«Сухая и влажная торрефикация отходов сельского хозяйства для получения биоугля как многофункционального продукта»

Целью проекта является выбор наиболее энергоэффективной технологии получения биоугля, производимого из отходов сельского хозяйства и используемого в качестве топлива, сорбента и удобрения. Проект направлен на проведение сравнительных исследований биоуглей, полученных методами сухой, влажной торрефикации и пиролиза для использования в качестве улучшителя почвы, сорбентов для очистки почвы, органических удобрений. Процессы торрефикации и пиролиза будут исследованы применительно к отходам сельского хозяйства, характерных как для России (солома пшеницы, стебли и початки кукурузы, лузга подсолнечника), так и для стран Африки (отходы производства оливкового масла, кофейной шелухи, листья и ветви финиковой пальмы, жом сахарного тростника). Использование удобрений резко возросло, чтобы удовлетворить растущие потребности мирового населения в продуктах питания и клетчатке, т.к. прогнозируется увеличение на 100–110 % глобального урожая сельскохозяйственных продуктов в период с 2005 по 2050 год. Неорганические удобрения поставляют основную часть питательных веществ, необходимых для поддержания текущей урожайности сельскохозяйственных культур. Рост цен на удобрения, производимых с использованием ископаемого сырья, еще больше ограничивает возможности использования этих удобрений в развивающихся странах. Органическое сельское хозяйство может помочь компенсировать затраты на неорганические удобрения в развивающихся странах, но необходимо разработать альтернативные формы возобновляемых добавок питательных веществ. Одним из альтернативных видов органических удобрений может быть термически модифицированная биомасса. При предварительной термохимической обработке биомассы методами торрефикации или пиролиза разрушается исходная структура растений, но сохраняется весь набор питательных веществ. Получаемый при торрефикации или пиролизе продукт (биоуголь) богат углеродом (С), улучшает катионообменую способность почвы, увеличивает влагоудерживающую способность почвы, снижает выщелачивание почвы и способствует улучшению кругооборота питательных веществ. Торрефикация — это более мягкая форма пиролиза, требующая меньше энергии, чем пиролиз. При торрефикации получают промежуточный продукт между исходной биомассой и биоуглем, получаемым при пиролизе. Торрефикацию обычно осуществляют в диапазоне температур 200°C до 300°C. Энергозатраты на торрефикацию примерно на 70 % ниже, чем энергозатраты на пиролиз. Торрефикация улучшает размолоспособность биомассы, снижает ее влажность и повышает теплоту сгорания. Однако, литературных данных о возможности использования торрефикации для получения улучшителя почвы или удобрения очень мало. Следовательно, актуально проведение исследований в области получения из отходов сельского хозяйства различными методами торрефикации (сухая и влажная торрефикация) биоуглей, пригодных к использованию как улучшители почвы и сырье для производства сорбентов для очистки почв от различных загрязнений. Актуально проведение исследований возможностей получения продуктов с высокой добавленной стоимостью из побочных продуктов торрефикации (конденсата отработанного перегретого водяного пара, использованного в процессе влажной торрефикации отходов сельского хозяйства), что позволит повысить привлекательность коммерциализации разработанной технологии. Также актуально проведение исследований, направленных на снижение энергозатрат на процесс торрефикации за счет использования и рационального управления тепловой энергии, выделяемой за счет экзотермических эффектов, возникающих при нагреве биомассы для ее торрефикации. Возможность использования полученного при торрефикации биоугля в качестве улучшителя почвы и удобрения должна быть проверена в ходе агрономических исследований. Проведенные исследования должны выявить оптимальную технологию торрефикации выбранных отходов сельского хозяйства и возможность повышения ее эффективности за счет снижения затрат энергии от использования тепла экзотермических реакций, протекающих в биомассе при торрефикации, и возможности получения продуктов с высокой добавленной стоимостью из побочных продуктов торрефикации. Проведенные исследования должны подтвердить, что получаемый при таком варианте торрефикации биоуголь, по своим характеристикам не уступает биоуглю, полученному при пиролизе отходов сельского хозяйства, переработка которых наиболее актуальна для России и стран Северной Африки. Это в дальнейшем позволит внедрять разработанную в России технологию торрефикации в Марокко, Эфиопии, Джибути и других странах, в которых производят подобные продукты сельского хозяйства (оливковое масло, сахар из сахарного тростника, финики, кофе и т.п.). 3. Код (шифр) научной темы, присвоенной учредителем (организацией) (№ договора) № 075-15-2024-650 4. Научный задел (в виде аннотации) Имеется опыт выполнения подобных проектов, в результате выполнения работ по которым получен научно-технический задел для решения задач, поставленных в начинаемом научном исследовании Имеются тесные партнёрские отношения с ведущими зарубежными учеными и организациями-партнёрами, такие как, например, институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова НАН Беларуси - крупнейшее в республике научное учреждение, занимающееся решением фундаментальных и прикладных проблем тепломассопереноса, гидрогазодинамики, энергетики, теплотехники, химической физики, физики горения и взрыва, нанотехнологий, а также созданием энергоэффективных и экологически безопасных технологий и техники, аппаратов и приборов для энергетики и машиностроения, агропромышленного комплекса и стройиндустрии, медицины, химической, электронной, радиотехнической, пищевой промышленности, космической отрасли; университет Bilecik University (Анкара, Турция). Имеется возможность и опыт коммерциализации разработок по тематике, близкой к тематике начинаемого проекта, в том числе на международном уровне. Был реализован проект по разработке и изготовлению установки для сухой торрефикации биомассы. Установка была поставлена в Centre for Research and Technology Hellas (Греция). Имеются запатентованные ключевые технические решения, необходимые для выполнения проекта: Патент РФ № 2 777 168 «Способ гидротермальной карбонизации или влажной торрефикации влажной биомассы, включая биоотходы». Евразийский патент № 044278 «Комплекс оборудования для гидротермальной карбонизации биомассы для получения биочара, а также тепловой и электрической энергии». Индустриальный партнер - ООО СМНУ «Воскресенское» выполнило инициативный проект по теме: «Разработка технологического комплекса для паротермальной карбонизации биоотходов». В рамках выполнения данного проекта у инициатора проекта создано научно-исследовательское и опытно-конструкторское подразделение, в котором работает три кандидата технических наук.