Ученые НИТУ «МИСиС» предложили технологию получения водорода из отходов алюминия
«МИСиС» под руководством приглашенного профессора Александра Громова разработал способ получать альтернативное экологически чистое топливо (водород) из отходов алюминия и цветных металлов. Переработка одной банки объемом 0,33 литра из-под газированного напитка по новой технологии даст топливо для 20 метров автопробега.
Алюминий и цветные металлы — самые дорогие отходы. К необходимости сортировки и переработки такого мусора подталкивает, во-первых, стоимость самих металлов, во-вторых, пропадающая топливная энергия, заключенная в химически активном металлическом алюминии, в-третьих, — забота о безопасности, так как при складировании алюминиевый лом постепенно окисляется и выделяет в воздух водород — взрывоопасный химический реагент.
Емкость российского рынка алюминиевой тары оценивается приблизительно в 2-3 миллиарда упаковок в год. Вес банки объемом 0,33 литра составляет 15 граммов, соответственно, в год количество затраченного алюминия приближается к 30-40 тысячам тонн чистого металла. Время жизни такой банки — от нескольких дней до нескольких месяцев. После использования пустая банка, как правило, попадает на свалку, как и другие алюминиевые отходы.
Европейский рынок вторичного алюминия, бесполезно и бесконтрольно выделяющего водород в атмосферу при хранении на свалках оценивается примерно в 9 миллионов тонн (European can market report 2013/2014). Более половины этого алюминия не используется, что в пересчете на энергетический эквивалент равно 130 ТДж (тераджоулей) энергии.
В странах, где существует сортировка отходов алюминия и цветных металлов, применяется технология переплавки во вторичный металл. Например, в Швейцарии утилизируется 90 % бытовых алюминиевых отходов (данные за 2017 год). Недостатками этого способа утилизации являются затраты на транспортировку, очистку и переплавку, а также высокая токсичность образующихся шлаков.
«Научный коллектив под руководством профессора кафедры цветных металлов и золота НИТУ „МИСиС“, д.т.н Александра Громова совместно с коллегами из Института высоких температур РАН, предложил использовать отходы алюминия в альтернативной зеленой энергетике в качестве реагента для производства водорода — экологически чистого и энергоемкого топлива», — рассказала ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.
Алюминий в предложенной схеме выступает реагентом для генерирующей водород системы: «металлический алюминий — вода». В реакции алюминия с водой выделяется свободный водород, который затем можно сжигать или окислять с получением электричества в топливной ячейке. Химическая энергия, хранящаяся в каждой банке алюминия массой 15 граммов, составляет 255 кДж. В пересчете на бензин 255 кДж энергии эквивалентно 20 метрам пробега автомобиля с расходом бензина 5 литров на 100 километров.
Алюминий реагирует с кислородом и водой довольно медленно. В результате окисления его поверхность покрывается тонкой оксидно-гидроксидной пленкой, которая защищает металл от контакта с окислителем и останавливает химический процесс. По этой причине в предложенной технологической цепочке при окислении алюминия жидкой водой необходима активация процесса окисления. В качестве решения этой задачи коллектив предложил метод механоактивации, подразумевающий измельчение и реагентную обработку алюминиевых отходов, которое приводит к разрушению оксидной пленки.
«Мы предложили систему, — поясняет руководитель проекта, приглашенный профессор кафедры цветных металлов и золота НИТУ „МИСиС“, доктор технических наук Александр Громов, — которая включает анализ исходного сырья, оптимальные способы измельчения алюминиевых отходов, разработку механизмов и режимов окисления, а также хранения и транспортировки полученного твердого металлического реагента. Мы нашли оптимальные реагенты для окисления алюминиевых отходов, разработали концепцию аппарата для получения водорода — аналога карбидного генератора ацетилена. Предлагаемая технология является пожаровзрывобезопасной и помогает решить три практические задачи: утилизировать отходы алюминия и других гидрореагирующих металлов; получить практически бесплатный водород из отходов; привлечь внимание к проблеме сортировки и раздельной утилизации мусора».
Водород, получаемый окислением отходов металлического алюминия и других цветных металлов, будет использоваться как топливо в портативных источниках электропитания, в транспортных системах и установках малой стационарной энергетики.
