Научный коллектив кафедры цветных металлов и золота Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» под руководством приглашённого профессора Александра Громова разработал способ получения экологически чистого топлива — водородного — из отходов алюминия и цветных металлов. Так, переработка одной банки объёмом 0,33 литра из-под газированного напитка по новой технологии даст топливо для 20 метров автопробега, сообщают учёные в пресс-релизе.
Алюминий и цветные металлы — самые дорогие отходы. К сортировке и переработке такого мусора подталкивает, во-первых, стоимость самих металлов, во-вторых, пропадающая топливная энергия, заключённая в химически активном металлическом алюминии, в-третьих, — забота о безопасности, так как при складировании алюминиевый лом постепенно окисляется и выделяет в воздух водород — взрывоопасный химический реагент.
Ёмкость российского рынка алюминиевой тары оценивается приблизительно в два-три миллиарда упаковок в год. Вес банки объёмом 0,33 литра составляет 15 граммов, соответственно, в год количество затраченного алюминия приближается к
Тем временем европейский рынок вторичного алюминия, бесполезно и бесконтрольно выделяющего водород в атмосферу при хранении на свалках, оценивается примерно в девять миллионов тонн. Более половины этого алюминия не используется, что в пересчёте на энергетический эквивалент составляет 130 тераджоулей пропадающей впустую энергии.
Конечно, в некоторых странах осуществляется сортировка отходов алюминия и цветных металлов, применяется технология переплавки во вторичный металл. Например, в Швейцарии утилизируется 90% бытовых алюминиевых отходов (данные за 2017 год). Но у этого способа утилизации есть недостатки, например, затраты на транспортировку, очистку и переплавку, а также высокая токсичность образующихся шлаков.
Исследователи из многих стран работают над различными технологиями переработки алюминия в экологически чистое водородное топливо (об одной из них мы подоробно рассказывали ранее). В частности, российские специалисты предлагают использовать металл в качестве реагента для генерирующей водород системы «металлический алюминий — вода».
Когда алюминий вступает в реакцию с водой, выделяется свободный водород, который затем можно сжигать или окислять с получением электричества в топливной ячейке. Химическая энергия, хранящаяся в каждой банке алюминия массой 15 граммов, составляет 255 килоджоулей . В пересчёте на бензин такое количество энергии эквивалентно 20 метрам пробега автомобиля с расходом бензина пять литров на сто километров.
Но есть один нюанс: алюминий реагирует с кислородом и водой довольно медленно. В результате окисления его поверхность покрывается тонкой оксидно-гидроксидной плёнкой, которая защищает металл от контакта с окислителем и останавливает химический процесс. По этой причине в предложенной технологической цепочке при окислении алюминия жидкой водой необходима активация процесса окисления. Для решения этой задачи коллектив предложил метод механоактивации, подразумевающий измельчение и реагентную обработку алюминиевых отходов, которое приводит к разрушению оксидной плёнки.
«Мы предложили систему, которая включает анализ исходного сырья, оптимальные способы измельчения алюминиевых отходов, разработку механизмов и режимов окисления, а также хранения и транспортировки полученного твёрдого металлического реагента. Мы нашли оптимальные реагенты для окисления алюминиевых отходов, разработали концепцию аппарата для получения водорода — аналога карбидного генератора ацетилена», — рассказал Александр Громов.
По его словам, предлагаемая технология является пожаровзрывобезопасной и помогает решить три практические задачи: утилизировать отходы алюминия и других гидрореагирующих металлов; получить практически бесплатный водород из отходов; привлечь внимание к проблеме сортировки и раздельной утилизации мусора.
Водород, получаемый окислением отходов металлического алюминия и других цветных металлов, будет использоваться как топливо в портативных источниках электропитания, в транспортных системах (для самолётов, беспилотников и автомобилей) и установках малой стационарной энергетики, добавляют специалисты.
Научная статья с подробным описанием новой технологии опубликована в журнале Powder Technology. В настоящий момент коллектив работает над созданием экспериментальной установки и проводит лабораторные испытания технологии.
Кстати, ранее мы рассказывали о том, как исследователи научились получать водородное топливо из морской воды при помощи солнечного света.
