Ученые выяснили, как заправить машину банками из-под газировки

МОСКВА, 12 мар – РИА Новости. Научный коллектив кафедры цветных металлов и золота НИТУ "МИСиС" под руководством приглашенного из Германии профессора Александра Громова разработал способ получать альтернативное экологически чистое топливо (водород) из отходов алюминия и цветных металлов. Переработка одной маленькой (0,33 литра) банки из-под газированного напитка по новой технологии даст топливо для 20 метров автопробега.

© Фото : Пресс-служба НИТУ "МИСиС"

Дорогие отходы

Алюминий и цветные металлы – самые дорогие отходы в мусорной куче. 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. 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.

© Фото : Пресс-служба НИТУ "МИСиС

Металл для автопробега

Коллектив ученых НИТУ "МИСиС" совместно с коллегами из Института высоких температур РАН предложил использовать отходы алюминия в альтернативной зеленой энергетике в качестве реагента 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 пять литров на 100 километров. 

Алюминий взаимодействует 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: измельчение и реагентная обработка алюминиевых отходов, которые приводят к разрушению оксидной пленки. 

© Фото : Пресс-служба НИТУ "МИСиС"

"Мы предложили систему, 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", — уточнил Громов.

Предлагаемая технология является пожаро- и взрывобезопасной 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, можно использовать как топливо в портативных источниках электропитания, в транспортных системах и установках малой стационарной энергетики.

Научная статья, обосновывающая новую технологию, опубликована в журнале "Powder Technology". Сейчас коллектив работает над созданием экспериментальной установки и проводит лабораторные испытания.