Een team van Russische wetenschappers van NUST MISIS, Tomsk Polytechnic University (TPU) en Boreskov Institute of Catalysis hebben een nieuwe benadering voorgesteld om het verbrandingsgedrag van steenkool te wijzigen. De toevoeging van koperzouten vermindert het gehalte aan onverbrande koolstof in asresten met 3,1 keer en het CO-gehalte in de gasvormige verbrandingsproducten met 40%, vonden de wetenschappers. Het onderzoek is gepubliceerd in Brandstofverwerkingstechnologie .

Volgens het Internationaal Energie Agentschap (IEA), steenkool is de belangrijkste energiebron die wordt gebruikt als primaire brandstof voor energieopwekking. Volgens rapporten, steenkool leverde in 2020 meer dan een derde van de wereldwijde elektriciteitsopwekking. Experts zijn van mening dat ondanks het algemeen aanvaarde energiebeleid dat gericht is op het verminderen van het aandeel van steenkool en het overschakelen op hernieuwbare energiebronnen, steenkool, als het belangrijkste type brandstof ter wereld, zal de komende jaren hoogstwaarschijnlijk nog een leidende positie innemen op het gebied van energieopwekking. Echter, het wijdverbreide gebruik van steenkool wordt beperkt door een aantal problemen, zoals onvolledige verbranding van brandstof en gelijktijdige vorming van giftige gassen. Hiermee rekening houdend, de ontwikkeling van technologieën die gericht zijn op een effectievere en milieuvriendelijkere thermische conversie van kolen is een prioritaire taak voor de kolengestookte elektriciteitsproductie-industrie. Een van de mogelijke oplossingen om de efficiëntie van de kolenverbranding te verbeteren, is het gebruik van katalytisch actieve middelen, zoals oxiden van verschillende metalen en hun voorlopers (zouten op basis van nitraten, sulfaten, acetaat, en carbonaten), om het verbrandingsproces te intensiveren.

"Het is te vroeg om steenkool op te geven. China, bijvoorbeeld, vertrouwt op steenkool als primaire energiebron voor een groot deel van de 21e eeuw, ondanks alle 'groene' trends. In Rusland, steenkool is goed voor iets minder dan 20% van de energiebalans van het land. Zelfs in Groot-Brittannië, het land dat consequent zijn decarbonisatiebeleid uitvoert, de vraag naar steenkool door elektriciteitsproducenten werd in het derde kwartaal van 2020 geregistreerd op meer dan 200 duizend ton. Het is veilig om te zeggen dat de zoektocht naar katalytische additieven voor een betere efficiëntie van de kolenverbranding zal doorgaan. Voor ons, de zoektocht is behoorlijk succesvol geweest:het is bewezen dat het gebruik van de door ons team voorgestelde additieven de efficiëntie van de kolenverbranding aanzienlijk verbetert, vooral bij kolen met een hoog asgehalte, " merkte Alexander Gromov op, de NUST MISIS-teamleider en hoofd van MISIS Catalysis Lab.

De methode van activering van kolenverbranding door metaalzouten is gebaseerd op intensivering van het verbrandingsproces en verlaging van de verbrandingstemperatuur. Het gebruik van de additieven op zoutbasis maakt de verbranding beter beheersbaar, merken de onderzoekers op.

In hun experimenten, de wetenschappers gebruikten koperzouten als activerende additieven om de reactiviteit van de kolen met een hoog asgehalte te verbeteren, zoals antraciet, ook wel steenkool genoemd, en semi-cokes. Brandstoffen met een hoog asgehalte worden gekenmerkt door hoge minimale ontstekings- en verbrandingstemperaturen, en lage verbrandingsintensiteit. De introductie van koperzouten resulteerde in een verbeterde reactiviteit en een hogere verbrandingssnelheid van de brandstofmonsters. Vermeldenswaard is ook dat het gehalte aan onverbrande koolstof in het asresidu van de gemodificeerde monsters significant lager was dan dat in de referentiemonsters.

De introductie van kopernitraat, acetaten en sulfaten aan de brandstofmonsters werd uitgevoerd door de procedure voor beginnende nattigheid. Vervolgens werden ontstekings- en verbrandingsexperimenten uitgevoerd in een verbrandingskamer bij temperaturen van het verwarmingsmedium variërend van 500 °C tot 700 °C.

Het mechanisme van verbrandingsactivering berust op de intensivering van de productie van verbrandingsproducten in de gasfase in het vroege stadium van de afgifte van vluchtige stoffen en het ontstaan ​​van micro-explosies om de vorming van slakkenlagen te voorkomen die anders zuurstof uit de brandstof zouden blokkeren.

Bij gebruik van additieven op oxidebasis, dynamisch contact tussen de brandstof en het additief moet worden gewaarborgd, merkten de onderzoekers op. Het gebruik van zouten als katalysator vereist dat soort contact niet, waardoor deze nieuwe methode van steenkoolmodificatie mogelijk toepasbaar is in de energiesector.

De onderzoekers zijn van mening dat het gebruik van op zout gebaseerde additieven voor het verhogen van de efficiëntie van de verbranding van kolen zou kunnen helpen de brandstofefficiëntie bij de energieproductie te verbeteren, het energieverbruik voor het voorverwarmen van elektriciteitsopwekkingsapparatuur minimaliseren en de koolstofemissies van kolengestookte elektriciteitscentrales verminderen.