Компания Boson Energy разработала процесс газификации материалов с помощью плазмы, используя высокие температуры для их расщепления. Как заявляет компания: «Мы будем производить экологически чистый водород на местном уровне с отрицательным содержанием углерода из отходов, не подлежащих вторичной переработке, по нулевой или ниже нулевой стоимости». При этом компенсация расходов на производство зеленого H2 будет происходить за счет прибыли, полученной при реализации, помимо водорода, других продуктов переработки. Сам процесс включает в себя газификацию с помощью плазменных горелок для производства нескольких продуктов из обычных бытовых отходов: во-первых, зеленого водорода, во-вторых, «зеленый CO2», который можно использовать в промышленности, либо для хранения. А в-третьих, стекловидная масса (IMBYROCK®), в ней химически удерживаются остаточные тяжелые металлы и минералы из переработанных отходов. Инертная стекловидная порода может быть использована в качестве промышленного заполнителя в цементе, бетоне и дорожном строительстве.
Как устроен этот процесс? Система, разработанная Boson на основе 25-летнего опыта разработки, удивительно проста. Грубо измельченные отходы поступают в вертикальный реактор, который нагревается снизу электрическими плазменными горелками, способными производить температуру до 7000 ° C. В самой верхней зоне отходы высушиваются, а затем нагреваются с последующим перемещением в более горячую зону, где происходит пиролиз (разложение под действием тепла в отсутствие кислорода). Биоразлагаемое вещество превращается в пиролитический газ (смесь водорода, монооксида углерода и легких углеводородов, в основном метана). В следующей зоне оставшееся вещество — углерод и неорганические материалы — газифицируется паром, и все газы, выделяющиеся на всех этих стадиях, объединяются в синтез-газ. Газ из реактора подвергается процессам паровой конверсии и последующей реакции паровой конверсии СО, которые преобразуют оставшиеся углеводороды и монооксид углерода в дополнительные Н2 и СО2. На заключительной стадии синтез-газ разделяется на H2 и CO2. Небольшое количество «остаточного газа», состоящего из азота, CO2 и небольшой фракции углеводородов используется в качестве источника энергии для производства пара. Оставшийся материал — в основном неорганическая зола и шлак — затем попадает в нижнюю камеру остекления, где нагревается плазменными горелками до 1500−2000 ° C до расплавленного состояния. Затем эту лавоподобную жидкость извлекают и дают ей остыть, превращая в инертный сине-черно-зеленоватый стеклообразный материал.
В настоящее время фирма Boson разрабатывает десять коммерческих проектов по всей Европе — в Испании, Германии, Швеции, Норвегии, Польше, Нидерландах и Люксембурге, которые включены в программу Европейского альянса чистого водорода (ECH2A), включающую более 750 проектов, соответствующих критериям Европейской комиссии. В Израиле уже построена и эксплуатируется экспериментальная установка коммерческого размера, которая была одобрена и оценена национальным управлением по охране окружающей среды и инжиниринговыми компаниями SNC Lavalin, Juniper и WSP.
Первая демонстрационная установка Boson коммерческого размера для получения водорода из древесных отходов уже находится в стадии строительства и будет запущена в эксплуатацию к концу 2022 года. В 2023 году Компания планирует запустить свой первый коммерческий завод по переработке отходов, не подлежащих вторичной переработке. Это позволит на миллион тонн отходов вторичной переработки, которые обычно отправляются на сжигание, получать 100 000 тонн водорода [1].
В России Национальным исследовательским центром «Курчатовский институт» разработаны два комплекса переработки отходов: 1) Комплекс высокотемпературного плазменного конвертера (ВТПК), 2) Комплекс ВТПК, сопряжённый с блоком алга-технологий — выращивание и переработка водорослей в био-дизель и биомассу (ВТПК+БАТ). При производительности Комплекса 25 000 т в год (использование отходов различного морфологического состава) содержание водорода в пирогазе практически постоянно и составляет 90−100 кг/ч. Предложена технология выделения СО2 и Н2 из пирогаза. Предлагаемая технология позволяет при указанной производительности Комплекса по отходам выделять из пирогаза водород в количестве ~80 кг/ч и увеличивать прибыль на 400−500 млн руб./год [2].
Коллективом исследователей [3] разработаны термохимические методы переработки водородного сырья на примере донных илов в сочетании с материалом изношенных автомобильных шин с использованием плазмы. Показано, что метод применения плазмотрона в технологиях переработки углеродсодержащих отходов является приемлемой технологией при непосредственном воздействии плазменной струи на сырье в его конденсированном состоянии, когда достигается синергетический эффект от его использования.
1. https://www.rechargenews.com/energy-transition/-we-will-produce-carbon-negative-green-hydrogen-from-non-recyclable-waste-at-zero-or-below-zero-cost-/2−1-1 162 744
2. Артемов А. В., Переславцев А. В., Вощинин С. А., Тресвятский С. С., Коробцев С. В. Получение водорода в процессе плазменной переработки отходов // Энергия. Экономика. Техника. Экология. 6 (2021) 30−35.
3. Жовтянский В. А. и Остапчук М. В. Плазменные технологии в проблеме получения «более чем зеленого водорода"// Горение и плазмохимия. (2022) 11−32