Уголь возвращается, но уже как возобновляемый источник энергии. Учеными из ФРГ разработан метод получения твердого «черного золота» из биоотходов. Процесс, который в природе длится в недрах Земли миллионы лет, в лабораторных условиях протекает всего за одну ночь.
Директор Института коллоидов и поверхностей им. Макса Планка Маркус Антониетти стал автором маленькой революции в химии, создав технологию превращения влажной биомассы в уголь. Для этого годится любой материал органического происхождения: опавшая листва, древесные опилки, навозная жижа или биомусор.
В ходе так называемого холодного обугливания, которое часто называют гидротермальной карбонизацией, происходит смешивание биомассы с водой, а затем ее нагрев при высоком давлении до температуры 180—230 градусов по Цельсию. Процесс этот был описан учеными-химиками Фридрихом Бергиусом и Хуго Шпехтом еще в 1913 году. Впрочем, длительность превращения органического исходного материала в уголь составляла у них тогда дни и даже недели.
Маркус Антониетти смог ускорить процесс более чем в сто раз, сократив его до 6—12 часов. Удалось это сделать за счет применения катализаторов, например лимонной кислоты или же железных солей, которые способствуют выделению воды из углеводов биомассы.
По завершении процесса в реакционной камере образуется густая суспензия из угля в порошкообразном состоянии и воды. Угольный порошок остается только отфильтровать и вывести. Содержащиеся в растениях минеральные вещества типа солей фосфора и аммония остаются растворенными в воде и могут быть выделены, а затем проданы в качестве удобрения.
Подобным образом уголь можно получать практически из любого вида биомассы. Поскольку весь процесс сопровождается выделением значительного количества тепла, то, например, в Африке появляется возможность создания децентрализованных источников энергии на базе использования отходов производства кофе и банановой кожуры. Единственным и, пожалуй, главным недостатком метода является то, что, после того как биомасса, вода и катализатор в течение 6—12 часов нагревались в закрытой камере, емкость, для того чтобы ее опорожнить, необходимо охлаждать. Именно это делает саму технологию малопригодной для промышленного использования, для которого необходимо, чтобы весь процесс был непрерывным. А нынешний «кастрюльный принцип» годится, пожалуй, только для лабораторного использования.
Между тем Маркус Антониетти находит все новые возможности для применения образующихся в ходе его опытов материалов. Так, если ход реакции прервать по истечении первых шести часов, то можно получить суперперегной (гумус), который способен повысить плодородность пахотных земель, уверен ученый. Кстати, все цветочные горшки в его бюро уже заполнены им же самим изготовленной землей.
Угольный же порошок, который образуется в камере через 16 часов, имеет уже кристаллическую структуру, аналогичную тому углю, который традиционно выдают на-гора шахтеры разных стран мира. Причем его биологический вариант даже чище, а значит, выделяет при сгорании меньше вредных веществ, но больше тепла.
По мнению Маркуса Антониетти, новое биосырье способно успешно заменить самый старый из традиционных энергоносителей. Ученый подсчитал, что если взять весь объем имеющейся, к примеру, в Германии биомассы — от отходов переработки сахарной свеклы до биомусора, то его хватит для производства примерно такого же количества биоугля, сколько сейчас потребляется в стране для производства энергии из традиционного угля, т.е. примерно 120 млн т каменного и бурого угля в год.
Впрочем, Маркус Антониетти является противником сжигания биоугля. «Слишком жалко это делать», — не устает повторять ученый. Более целесообразным, по его мнению, было бы напрямую заправлять этим бульоном из угольного порошка и воды производящие электрический ток химические топливные элементы. Специалисты Гарвардского университета уже разработали прототип такой установки, которая способна производить из угольной эмульсии электроэнергию. КПД этого топливного элемента — 60%, что намного выше, чем у имеющихся сегодня в распоряжении немецких энергетиков угольных электростанций.
До конца неясна пока ученым взаимосвязь между составом биомассы и качеством получаемого угля. Опыты показывают, что включение в нее, к примеру, морских водорослей, содержащих большое количество кристаллической клетчатки, кото рая при 200 градусах еще не разрушается, ведет к ухудшению качества биоугля. По той же причине нежелательно использовать и листья дуба, а вот банановая кожура, листья кофе и конский навоз, напротив, представляют собой отличный исходный материал для получения биоугля.
