Исследователи Томского политехнического университета совместно с коллегами разработали способ переработки каменного угля в жидкое топливо с применением специальных добавок — микроволновых поглотителей. Благодаря им удалось сократить энергозатраты процесса в 4,3 раза, а расход энергии на получение одного килограмма жидкого топлива — в 3,6 раза.
Исследование выполнено при поддержке федеральной программы «Приоритет-2030» (входит в нацпроект «Молодежь и дети») Минобрнауки России. Результаты опубликованы в журнале Energy (Q1, IF: 10,1).
Уголь остаётся важным энергетическим ресурсом и сырьём, однако его прямое сжигание постепенно сокращается из-за высокого уровня вредных выбросов. В связи с этим учёные по всему миру ищут пути переработки угля в более ценные продукты — например, в газообразное или жидкое топливо. Один из перспективных подходов — микроволновый пиролиз, при котором нагрев осуществляется с помощью СВЧ-излучения. Но уголь не всегда хорошо поглощает микроволновую энергию, что замедляет процесс, увеличивает его длительность и повышает энергопотребление.
Учёные Томского политехнического университета подобрали специальные добавки из доступных материалов, улучшающие взаимодействие угля с микроволновым излучением. В роли таких добавок выступили неорганические соединения — оксид железа и оксид меди, а также органические вещества: навоз крупного рогатого скота и скорлупа кедрового ореха. Их вводили в количестве 10% от массы угля в процессе микроволнового пиролиза. Исследователи анализировали продукты реакции — твёрдый остаток, жидкие фракции и газ, а также на каталитической установке проверяли возможность получения жидкого топлива из газа по методу Фишера-Тропша.
«Наш коллектив занимается СВЧ-переработкой различного вида органического сырья — от биомассы до антрацита, сейчас решаем вопрос малотоннажного получения жидкого топлива. В этом исследовании мы проводили комплексную оценку разных доступных микроволновых поглотителей для каменного угля на протяжении всей технологической цепочки: от микроволнового пиролиза до потенциального получения жидкого топлива из пиролизного газа. Предложенные нами добавки-поглотители позволили существенно уменьшить энергозатраты на переработку угля. При этом получаемый газ по составу подходит для дальнейшей переработки в жидкое топливо. Это особенно важно, ведь энергозатраты напрямую влияют на себестоимость конечного продукта, особенно в энергодефицитных труднодоступных населенных пунктах», — отмечает один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Роман Табакаев.
В ходе эксперимента выяснилось, что лучшие результаты по снижению энергозатрат показали неорганические добавки: оксид железа увеличил энергетическую отдачу пиролиза в 4,3 раза по сравнению с переработкой чистого угля, оксид меди — в 2,9 раза. Органические добавки, представляющие собой отходы сельского хозяйства и переработки, также оказались эффективными: навоз повысил показатель в 1,6 раза, а скорлупа кедрового ореха — в 1,3 раза.
«Смесь скорлупы кедрового ореха и угля в процессе переработки дали синтез-газ с оптимальным составом для его последующей переработки в топливо. Дело в том, что для метода Фишера-Тропша необходимо соотношение оксида углерода и водорода примерно 1:2. А наши образцы показали значение примерно 1:2,2», — добавляет ученый.
Ученые также установили оптимальные параметры, при которых газ лучше превращается в жидкое топливо. Эксперименты показали, что оптимальная температура синтеза должна быть около 260 °C и давление до 12 бар.
«Наши исследования показали, что добавление поглотителей немного снижает количество жидких топлив, которые можно получить в перерасчете на килограмм угля. Однако на производство одного килограмма готового топлива требуется в 1,2-3,6 раза меньше энергии. Этот показатель в перспективе намного важнее, поскольку расход энергии на производство во многом определяет цену итогового топлива, полученного из углеродного сырья», — подытоживает ученый.
В исследовании принимали участие ученые Исследовательской школы физики высокоэнергетических технологий, Инженерной школы энергетики и Инженерной школы природных ресурсов Томского политеха, а также Тюменского госуниверситета.
Информация опубликована: 04.08.2026 г.
