Ученые из Тамбовского государственного технического университета вместе с коллегами из Франции, Бразилии и Китая нашли способ превращать в источник энергии обычные картофельные очистки. Эти отходы составляют от 15% до 40% массы сырого картофеля и в огромных количествах накапливаются на заводах по производству картофеля фри и чипсов. Обычно их отправляют в компост или используют как корм для животных, но исследователи показали, что из них можно получать твердое биотопливо, по свойствам близкое к бурому углю.
В основе технологии лежит торрефикация – мягкий термический процесс, при котором биомассу нагревают без доступа кислорода. Сам материал не горит, а теряет влагу и летучие вещества, становится плотнее, темнее и энергетически насыщеннее. В отличие от традиционных установок, где используется газ, тамбовские исследователи проводили торрефикацию в потоке перегретого водяного пара, проходящего через псевдоожиженный слой песка из оливина (Mg,Fe)₂SiO₄ – природного минерала с высокой температурой плавления (до 1450 °C). Оливин не только равномерно распределяет тепло, но и катализирует разложение смол и дегтя, предотвращая слипание частиц и образование спекшихся комков. Кроме того, он прочнее кварцевого песка и может использоваться многократно, поскольку после сжигания легко отделяется от золы.
Эксперименты проводились при температурах 200, 250 и 300 °C и продолжительности 10, 20 и 30 минут. В ходе обработки потери массы сырья варьировались от 17% до 63%, однако с ростом температуры биотопливо становилось все более энергоемким. При 300 °C и 30 минутах теплотворная способность достигла 27,9 МДж/кг. Для сравнения, бурый уголь имеет теплотворность около 28 МДж/кг.
При умеренных режимах (200-250 °C, 10-20 минут) энергетический выход составлял около 90% от максимальной велечины, что считается оптимальным для промышленного применения: повышается качество топлива, но не теряется слишком много массы.
Помимо твердого биотоплива процесс дал и ценные побочные продукты. В конденсате паров торрефикации исследователи обнаружили фурфурол и 5-гидроксиметилфурфурол – соединения, которые используются в производстве биоразлагаемых пластмасс, растворителей и лекарственных препаратов. Их концентрация увеличивалась при нагреве до 250 °C, а при 300 °C начинала снижаться из-за дальнейшего термического распада. Максимальный выход этих соединений наблюдался при 250 °C и 10 минутах выдержки, что открывает возможность совмещать производство топлива и ценных химических продуктов.
Важной частью эксперимента стал анализ золы. При высоких температурах в ней увеличивается содержание оксидов натрия и калия, что снижает риск спекания частиц при сжигании. Это значит, что полученное топливо можно безопасно использовать в промышленных котлах без риска засорения или остановки оборудования.
Технология особенно интересна тем, что позволяет выстроить замкнутый цикл прямо на предприятии. Пар, который используется для очистки клубней, может потом применяться для торрефикации отходов. А полученное топливо – для отопления цехов или выработки электроэнергии. Таким образом производство картофельной продукции может стать полностью безотходным.
