Ученые ЛЭТИ изобрели способ переработки отходов с помощью пара

05 августа 2019

В Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» совместно с компанией «ТСК» изобрели экологичный и практичный способ переработки мусора – микроволновый пароперегреватель. Инновационное устройство способно уничтожать опасные отходы без вреда для экологии. При переработке электронного лома, железнодорожных шпал, полимерно-алюминиевой упаковки получается сырье, готовое к вторичному использованию. Перспективная технология подобных микроволновых пароперегревателей является единственной в России и мире.

Промышленные технические устройства на основе микроволновых технологий разрабатываются на кафедре радиотехнической электроники ЛЭТИ еще с конца 1980-х гг. Одна из разработок нашла широкое применение на предприятиях СССР – микроволновая низкотемпературная установка «Муссон» для вакуумной сушки продуктов. С 1990-х гг. на кафедре начали разрабатывать микроволновые устройства для химического синтеза.

Микроволновый пароперегреватель относится к числу современных разработок специалистов кафедры. Установка позволяет запустить химический процесс пиролиза, при котором происходит термическое разложение соединений при дефиците кислорода, карбонизации – обеззараживание отходов, а также производить при переработке жидкое топливо и проводить глубокую переработку углеводородов.

Принцип работы пароперегревателя заключается в следующем: микроволновое излучение создает водяной пар температурой от 200С до 1200С, при взаимодействии с которым помещенный в устройство объект, например, бумага, обуглится, но не возгорится. Устройство создает бескислородную среду высокой температуры, поэтому не происходит реакция окисления. Таким образом, не происходит образования опасных химических соединений – диоксинов, которые выделяются при сжигании мусора.

Лабораторные испытания подтвердили, что в среде высокотемпературного пара можно эффективно перерабатывать отходы, содержащие металл. Например, при обработке электрокабеля в пиролизном реакторе происходит обугление кабеля, а металлическая «внутренность» легко отделяется от обугленной оболочки и может повторно использоваться. Аналогичные действия производятся и с другим электронным ломом (отработавшие телевизоры, телефоны, электронные платы, компьютер, бытовая техника и др.), а также упаковками из-под молока и соков: алюминий в составе упаковки легко отделяется, а бумага и полиэтилен превращаются в высококачественный технический углерод. Инновационная установка способна обработать 20 кг сырья в час.

Микроволновый пароперегреватель способен решить проблему утилизации деревянных железнодорожных шпал, которые обрабатываются токсичным антисептиком – креозотом, вследствие чего «отработавшие» деревянные шпалы относят к отходам третьего класса опасности. Такие отходы требуют захоронения на специальных полигонах. Для европейской части России проблема не актуальна, т.к. здесь перешли на бетонные шпалы, но для территорий за Уралом вопрос стоит довольно остро. По подсчетам, ежегодно в стране меняют около 500 тыс. шпал, а полигонов не хватает. Благодаря микроволновому пароперегревателю экспериментальным путем удалось «выпарить» токсичные вещества: в результате бародиффузии из шпал паром выдавливается вода с вредными веществами, а на поверхности шпал образуется пленка из углерода, защищающая дерево от вредных воздействий. В результате обработки получают экологически чистую древесину, готовую для повторного применения, например, в строительстве или в качестве топлива. Установка способна обработать 400 кг шпал в час.

Лабораторные испытания успешно пройдены, следующий этап – отработка на опытных установках. Уникальная технология имеет ряд преимуществ и может стать альтернативой мусоросжигательным заводам, загрязняющим атмосферу.

Микроволновый пароперегреватель достаточно компактный, КПД достигает 70%, а температура пара регулируется с точностью до нескольких градусов. Массовое производство будет недорогим, устройство экономически выгодно для предприятий: детали пароперегревателя состоят из пористого керамического материала с высоким уровнем поглощения, нагревательный элемент – из доступных запчастей обычных микроволновок, а сама установка работает от электричества.

Специалисты ЛЭТИ уверены, что малогабаритные микроволновые пароперегреватели позволят предприятиям отказаться от услуг мусороперерабатывающих заводов и начать самим уничтожать отходы. В будущем, когда запустят серийное производство инновационной установки, крупные заводы смогут отказаться от сжигания мусора. Управляемые пароперегреватели найдут применение для очистки и дезинфекции поверхностей от нефтепродуктов и коррозии.

По оценкам специалистов ЛЭТИ, изготовление пилотного образца, который позволит перерабатывать отходы непрерывно при соблюдении норм чистоты обработки и сохранению чистоты окружающей среды, потребует примерно один год и до 20 млн рублей.

Фото: zen.yandex.ru