Исследователи из Ключевой лаборатории по использованию энергетических ресурсов из сельскохозяйственных отходов при Министерстве сельского хозяйства КНР представили результаты разработки новой системы получения биоугля. Ученые проанализировали процесс медленного пиролиза пеллет из тростниковой соломы в реакторе сигарного типа с внутренним нагревом. Технология призвана решить проблему низкой эффективности традиционных методов производства этого материала, востребованного в современном земледелии и программах по декарбонизации.
Биоуголь получается в результате термического разложения биомассы в условиях ограниченного доступа кислорода. Его ценность для продовольственной безопасности заключается в способности удерживать углерод в почве на длительный срок, одновременно улучшая ее структуру, влагоемкость и аэрацию. Однако традиционные системы с внешним нагревом отличаются низкой теплопередачей и сложностью масштабирования. Новая установка работает по принципу квазидвижущегося слоя, где часть биомассы сгорает внутри камеры, обеспечивая необходимую для реакции температуру и снижая зависимость от внешних источников энергии.
В ходе работы исследователи изучили влияние температуры в диапазоне от 550 до 650 градусов Цельсия и различных конфигураций воздушных потоков на характеристики конечного продукта. Выяснилось, что изменение направления подачи воздуха позволяет целенаправленно изменять свойства биоугля. Режим нисходящего потока при высоких температурах способствует значительному увеличению удельной площади поверхности материала, что критически важно для поглощения загрязняющих веществ. В то же время режим восходящего потока повышает емкость катионного обмена, напрямую влияющую на способность биоугля удерживать питательные вещества.
Особое внимание авторы уделили экологической безопасности процесса. Пиролиз может приводить к образованию полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) – токсичных соединений, представляющих риск для здоровья человека и окружающей среды. Проведенный анализ показал, что содержание ПАУ в полученном материале остается существенно ниже международных порогов безопасности. При этом ученые выявили связь между методами охлаждения и уровнем токсичности: использование воздушной изоляции вместо водного охлаждения позволяет дополнительно снизить концентрацию опасных примесей.
Средняя эффективность преобразования энергии в новой системе составила более 75 процентов. Это подтверждает коммерческую жизнеспособность технологии и возможность создания автономных циклов производства. По мнению исследователей, гибкость настроек реактора позволяет адаптировать характеристики биоугля под конкретные нужды аграрного сектора, будь то восстановление истощенных земель или повышение урожайности. Разработка открывает возможности для масштабного внедрения технологий утилизации растительных остатков и укрепления устойчивости сельскохозяйственных экосистем.