издательская группа
Восточно-Сибирская правда

Ловушка для наноструктур

Учёные создают новую систему очистки газов от вредных и опасных веществ

Учёные из Национального исследовательского Иркутского государственного технического университета разрабатывают новую технологию очистки газов от вредных и опасных веществ. В отличие от широко применяемых электрофильтров или скрубберов она позволяет улавливать даже мельчайшие частицы, чья величина измеряется в нанометрах. Вдобавок работающая по ней система очистки относительно компактна, а капитальные затраты на её создание ниже расходов на существующие аналоги.

Официально проект, над которым работает начальник отдела инновационных технологий физико-технического института НИ ИрГТУ Виктор Кондратьев, называется «Исследования и разработка технологии энергоресурсосберегающей системы очистки газов от аэрозолей наноструктур». Спор о том, насколько эти структуры вредны для человека, ведётся едва ли не с того момента, как слово «нанотехнологии» вошло в обиход. Например, в докладе 2007 года в адрес правительства Великобритании Совета по науке и технологиям говорилось о том, что потенциальные токсикологические свойства наноматериалов, равно как и их воздействие на окружающую среду в долгосрочной перспективе, до сих пор недостаточно изучены, так что многие из них могут быть опасны для здоровья. Декан факультета наук о материалах Московского государственного университета, академик РАН Юрий Третьяков в опубликованной в февральском и мартовском номерах бюллетеня «Нанометр» за 2011 год статье писал о том, что «самый масштабный ущерб здоровью  наносит  вдыхание  наночастиц  углерода,  образуемых  при  неполном сгорании топлива в моторных двигателях, на электростанциях и особенно в процессе курения».  

Сила притяжения

Это обстоятельство в особенности актуально для Иркутской области, где львиную долю выбросов в атмосферу дают как раз предприятия ТЭК и металлургии вкупе с транспортом (согласно государственному докладу о защите окружающий среды, на их долю приходится 484,644 тыс. тонн при общей эмиссии в 621,362 тыс. тонн). Справедливости ради стоит сказать, что энергетики и металлурги применяют максимально эффективные системы очистки с высоким КПД – например, при строительстве пятой серии Иркутского алюминиевого завода были предусмотрены блоки сухой газоочистки, позволяющие улавливать более 99% вредных веществ, – однако они чисто технически не могут полностью исключить выбросы. Это касается как электрических фильтров, широко применяемых на ТЭЦ, так и аппаратов мокрой очистки газов. Традиционный способ фильтрации через мембраны и вовсе не позволяет удерживать частицы размером меньше 20 нанометров. 

«Мы задались целью разработать эффективную технологию очистки воздуха от наноструктур, которые могут быть вредны для дыхания человека, – рассказал Кондратьев корреспонденту «Сибирского энергетика». – Первоначальная задумка родилась примерно полтора года назад». Опыты показали, что наиболее эффективной является адсорбция, то есть повышение концентрации одного вещества у поверхности. Образно говоря, адсорбент притягивает к себе жидкость или газ, но не поглощает её, как при абсорбции. Принцип работы тот же, что и у классического фильтрующего противогаза, изобретённого Николаем Зелинским, только речь идёт о «притяжении» столь мелких частиц, о существовании которых изобретатель в начале XX века даже не догадывался. В качестве адсорбента в физико-техническом институте НИ ИрГТУ использовали синтетический адсорбент, отличающийся развитой поверхностью – от 120 кв. м на 1 грамм и более. «То есть если мы учтём каждый дефект гранул адсорбента и развернём его в плоскую поверхность, то одного грамма порошка будет достаточно, чтобы покрыть как минимум 120 квадратных метров поверхности», – разъяснил термин Кондратьев. 

Технология очистки, предложенная им, основана на том, что наноструктуры содержат свободные носители заряда и в силу этого всегда стремятся занять энергетически выгодное положение. Они забивают микроскопические, вернее, наноскопические трещинки и ямки на поверхности гранул адсорбента. При всём том последний можно после этого отделить от наноструктур. Технология тоже довольно проста: отработанный адсорбент смешивается с водой до состояния суспензии, а затем обрабатывается ультразвуком. «С получившейся пульпой работать гораздо легче: наноструктуры в ней свободно удерживаются, – добавил учёный. – Можно провести обогащение, получить из них некий концентрат, а более крупный адсорбент эффективно отделить. Таким образом, адсорбент используется многократно». 

Компактно и энергоэффективно

При этом энергозатраты на работу подобной системы очистки крайне малы: электричество нужно лишь на эвакуацию технологических газов да на обработку пульпы ультразвуком, что несравнимо с потребностями того же электрофильтра. По этой причине наш собеседник со своим проектом стал одним из победителей открытого конкурса на получение стипендии президента РФ молодым учёным и аспирантам по направлению «Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе вопросы разработки новых видов топлива». Кстати, ту же стипендию, размер которой составляет 20 тыс. рублей ежемесячно, в 2012–2014 годах по теме энергоэффективности будут получать ещё два представителя 

ИрГТУ – Артём Пешков, работающий над темой ресурсосбережения в современных архитектурных, конструктивных и технологических решениях, и Кристина Токарева, чей проект посвящён разработке организационных механизмов внедрения энергосберегающих технологий и мероприятий при строительстве и эксплуатации многоквартирных домов. 

Но вернёмся к технологии очистки газов. У решений, созданных на её базе, есть ещё одно существенное преимущество: они достаточно компактны. Учитывая сложности, с которыми сталкиваются те же энергетики при модернизации систем очистки выбросов, когда-то заместитель главного инженера – главный менеджер по экологической безопасности и рациональному использованию природных ресурсов ОАО «Иркутскэнерго» Валентин Горбунов рассказывал, что современные агрегаты попросту не вписываются в габариты зданий ТЭЦ, построенных ещё в пятидесятые–шестидесятые года, и приводил пример, что для установки электрофильтра на один котёл ТЭЦ-9  пришлось бы вскрывать крышу главного корпуса, – этот фактор может сыграть едва ли не ключевую роль при выборе природоохранного оборудования. 

Из расчёта десять к одному 

Наконец, для очистки газов от аэрозолей наноструктур с помощью порошкового адсорбента можно применять исключительно отечественные аппараты. А это в конечном счёте приводит к удешевлению всей системы. Ориентировочные начальные капитальные затраты на её создание, по расчётам Кондратьева, не должны превышать 10 долларов за каждый проектный кубометр очищаемого газа. «Если наше производство выбрасывает в атмосферу миллион «кубов», то стоимость газоочистки со всей инфраструктурой, газоходами и системой регенерации не будет превышать 10 миллионов долларов, тогда как цены на ту же схему с электрофильтрами или мокрой очисткой начинаются с 20 миллионов долларов, – заметил он. – Конечно, эта цифра требует уточнения в зависимости от отрасли».

Невзирая на все очевидные плюсы, говорить о внедрении подобной технологии в промышленности пока рано. По мнению начальника отдела инновационных технологий физико-технического института НИ ИрГТУ, это может произойти «года через два-три». «Общество должно созреть, – заключил он. – Ведь всегда так происходит: открытие находит свою реализацию постепенно». В то же время федеральные власти постепенно ужесточают нормативы воздействия на окружающую среду, что в ближайшей перспективе даст промышленникам стимул по внедрению новых технологий, связанных с экологической безопасностью. 

Читайте также

Подпишитесь на свежие новости

Мнение
Проекты и партнеры
  все
Свежий номер