Пиролизный газ в технике, энергетике и переработке

Локально произведенный пиролизный био-газ: Новая эра для транспорта и энергетики России и Беларуси

Как использование органических отходов может частично решить проблемы логистики, экологии и энергетической безопасности в т. ч. в труднодоступных регионах.

Предложение по конкурсу в Союзном государстве Россия-Беларусь (СГ)

Предлагается организовать в Союзном государстве России и Белоруссии конкурс по созданию систем двигателей внутреннего сгорания, электростанций и др., работающих на обедненном биогазе. Основная идея заключается в использовании эффекта пиролиза, когда из органических отходов (древесина, щепки, кора, иловые осадки и т.д.) получают биогаз и био-уголь.

Суть технологии пиролиза
Пиролиз — это процесс термического разложения органических соединений без доступа кислорода. В результате этого процесса образуются:

Биогаз: в т. ч. может использоваться как моторное топливо или для производства электроэнергии.
Био-уголь: ценное сырье для химической и других отраслей промышленности.

Этот потенциально возможный конкурс должен включать разработку технического задания и критериев для таких систем, ориентированных на реальные потребности условия России и Белоруссии с учетом экспортных перспектив.

Проблемы труднодоступных регионов и потенциал решения
Россия обладает огромными лесными массивами и обширными территориями, куда доставка топлива, особенно моторного, сопряжена с гигантскими затратами. Техника в этих регионах должна работать эффективно и бесперебойно.

Пример: При лесозаготовках остаются ветки, сучья, щепки, пни и кора, которые лесозаготовители обязаны утилизировать, чтобы предотвратить пожары. Вместо сжигания или иной утилизации эти отходы могут стать ценным ресурсом.

Инновационное решение
Предлагается на первом этапе использовать установки быстрого пиролиза в т. ч. в морских контейнерах. Эти мобильные установки могут перерабатывать органические отходы прямо на месте, производя биогаз и био-уголь. Биогаз может использоваться для выработки электроэнергии или закачиваться в баллоны для заправки транспорта. Электричество может питать саму установку, заряжать электромобили, тракторы и другую технику.

Такой подход позволяет почти в два раза сократить затраты на моторное топливо для спец. техники и транспорта в удаленных регионах (Тайга, Север) и решить часть энергетических и экологических проблем, связанных с утилизацией отходов.

Технические вызовы и перспективы
Основная проблема заключается в том, что стандартные двигатели внутреннего сгорания, даже газовые, не приспособлены к многим видам биогаза. Исследования показывают, что биогаз, полученный пиролизом, зачастую менее калориен, чем метан, пропан или бутан, что приводит к снижению мощности или неработоспособности двигателей.

 Важный нюанс
Существуют двигатели, работающие на бедных смесях. Их можно специально спроектировать или модернизировать действующие модели для эффективной работы на биогазе без существенной потери мощности. Современные цифровые технологии позволяют гибко оптимизировать процессы горения, анализировать состав смеси и входного сырья, повышая эффективность как установки пиролиза, так и конечных потребителей (двигателей, электростанций, систем отопления).

Эта ниша пока не отработана, что представляет особый интерес для крупных автомобильных и тракторных заводов, таких как КамАЗ, МАЗ, БелАЗ, которые конкурируют с мировыми брендами и ищут новые конкурентные преимущества.

Научная база и экспертный потенциал
В России и Беларуси есть специалисты, активно занимающиеся исследованиями в области пиролиза. Одним из ключевых экспертов является профессор Андрей Николаевич Грачев из Казанского химико-технологического университета (старое название).

«Он уже более 30 лет совершенствует установку быстрого пиролиза, которая является одной из лучших в мире по своей эффективности. Она очень неплохо себя заявила при переработке иловых осадков на Казанском водоканале, где продолжает успешно работать и совершенствоваться.
Однако, для дальнейшего развития необходим заказчик, который определит параметры, профинансирует НИОКР и объединит усилия с партнерами для создания компактной, масштабируемой техники. Такие установки могут быть доставлены в труднодоступные регионы грузовиками по зимникам или даже воздушным транспортом, обеспечивая энергию и топливо там, где есть запасы органического сырья и органические отходы.

Конкурентные преимущества и экспортный потенциал
Подобных интегрированных решений пока нет ни в одной стране. Освоение северных регионов и тайги создает уникальные потребности, которые могут быть удовлетворены с помощью этой технологии. Выпуск автомобилей, тракторов, спецоборудования, электрических и отопительных систем, работающих на биогазе, может стать серьезным конкурентным преимуществом.

Экспортные возможности
Например, в странах с большим количеством органических отходов и дорогим электричеством (Африканские страны, Турция, Япония и др.) такие модульные установки могут частично решить проблемы логистики, газо-генерации и  энергоснабжения в удаленных районах с более низкими затратами, чем у конкурентов. Объемы производства таких модулей и транспортных средств на обедненном газо-моторном топливе могут исчисляться десятками тысяч единиц в год.

Гибридные транспортные средства (спец-техника), работающие как на биогазе, так и на бензине (в автономном режиме)и АКБ, могут вытеснить аналогичную технику на дизеле или обычном газе, особенно если будет решена проблема с адаптацией двигателей к меняющемуся составу биогаза.

Почему конкурс предлагается организовать не в РФ а в СГ?
Основная причина выбора СГ - это специфическая этика руководства РФ, в т. ч. занимающегося вопросами развития и конкурентоспособности. В РФ риски недостаточно эффективного и не целевого использования средств, направляемых на развитие, - гораздо более высоки, чем, возможно в СГ.

Энергетическая безопасность и будущее
Проблемы с финансированием и возможным сопротивлением крупных игроков (например, Газпрома, для которых эта технология может быть невыгодна) существуют. Однако излишки газа в некоторых регионах РФ, а также необходимость снижения зависимости от НПЗ (подверженных атакам), - могут обосновать белее ускоренный перевод части автотранспорта на газо-моторное топливо, что в свою очередь потребуют развития гибридных технологий, например, газоэлектрических.

Российские и белорусские авто и тракторные заводы, наладив производство такой продукции, смогут обеспечить транспортную и иную безопасность страны за счет диверсификации газомоторного топлива и получения энергии из когенерации.

Важно: Управление отходами
В перспективе возможно появление норм, обязывающих устанавливать модули с установками быстрого пиролиза и газо-энергетические системы в каждом населенном пункте для переработки ТБО, с/х/пищевых отходов и другой органики. Это позволит максимально эффективно использовать отходы, подлежащие захоронению, но потребует вовлечения или преодоления сопротивления со стороны "интересантов мусорной реформы" в т. ч. и региональных операторов, которые могут увидеть в этом угрозу своим монопольным интересам.

Использование газогенераторных автомобилей (на т. н. чурках) было распространено до, во время и после ВОВ, но затем уступило нефтяной отрасли. Сегодня, с удорожанием энергоносителей, рисками военных и террористических разрушений объектов энергетики и развитием технологий пиролиза, появились новые возможности для возвращения к газо-генерации и использованию обедненного газового топлива.

Автоматизация и мобильные решения
Конкурс под эгидой СГ должен стимулировать не только разработку двигателей, но и максимальную роботизацию и автоматизацию процессов сбора органики и загрузки ее в установки быстрого пиролиза. Системы должны быть автономными, управляться и контролироваться дистанционно, работая в безлюдных режимах.

 Концепция "мобильной электростанции"
Конкурсом, также будут рассматривается решения по газо-генерации прямо на борту автомобиля или трактора, а также в бытовых целях. Компактные установки могут также дополнять электродвигатели, заряжать аккумуляторы и служить передвижными электростанциями. Например, электромобиль в тайге с манипуляторами собирает органику (валежник и др.), перерабатывает его в пиролизной установке, газовым электро-генератором вырабатывает электричество для зарядки батарей и продолжает движение. Это также способствует обязательной очистке лесов, предотвращая пожары.

Подобные системы могут также найти применение, например, в дирижаблях (органика на борту как сырье для двигателей и даже для выделения водорода в оболочку), а также использоваться на СВО и быть на вооружении МЧС/ГО для быстрого реагирования в чрезвычайных ситуациях, обеспечивая автономное энергоснабжение и логистику.

Опыт Казанского водоканала показал, что даже из канализационных стоков (иловые осадки) можно, наряду с утилизацией отходов, - дополнительно получать энергоносители, что подчеркивает потенциал для создания максимально автономных домохозяйств с частично замкнутым циклом жизнеобеспечения.

Для внедрения идеи предлагается:
Создать механизм инновационных конкурсов по решению ключевых проблем и задач при правительстве СГ с эффективным проектным офисом и выделением достаточных ресурсов, в т. ч., например, в виде цифрового инвестиционного рубля, не подконтрольного отдельным властным группировкам стран СГ.
Организовать, например, под кураторством С. Глазьева, - конкурс по эффективной локальной газо-генерации, в качестве базы для обеспечения транспортной, энергетической, экологической и иных безопасностей стран СГ

Ознакомить с концепцией разработчиков и потенциальных организаторов НИОКР, а также заинтересованные структуры и бизнесы.
Выделить ключевых экспертов, в т. ч. по составлению условий конкурса.
Определить потенциальных участников конкурса: изобретатели, промышленные предприятия и научные институты.
Разработать предварительное ТЗ
Сформулировать основные требования для конкурса к: двигателям, энерго-установкам, установкам быстрого пиролиза, сопутствующему оборудованию, типа манипуляторов.
Оценить экономическую эффективность
Произведите расчеты по снижению транспортных и энергетических затрат в конкретных  регионах.
Изучить опыт профессора Андрея Николаевича Грачева и других обладателей интеллектуальной собственности в обозначенных конкурсом направлениях.
Обсудить перспективы с потенциальными партнерами, в т. ч. начать диалог с авто- и тракторными заводами, а также экспертами по энергетике и экологии.
Предложить и реализовать механизмы финансирования победителей конкурса, в т. ч.  НИОКР, организацию массового производства и продвижения новых решений.
Подготовить ряд государственных программ для поддержки проекта и сопутствующих проектов.