Топливо из вторичной бумаги

Не для кого не секрет, что проблема источника энергии – одна из наиболее актуальных для нашей цивилизации. Все технологии, которые позволяют нам выживать, базируются на употреблении внешней энергии для работы наших машин и механизмов, для обогревания и охлаждения наших зданий.

Топливо: вчера, сегодня, завтра

японский мегаполисПоследние два века человечество развивалось за счет использования ископаемых топлив. Именно уголь, а затем нефть и природный газ дали нам возможность вести тот образ жизни, который мы привыкли. Однако за это они попросили достаточно высокую цену, прежде всего, в экологическом плане. Сжигание ископаемого топлива загрязняет окружающую среду и приводит к глобальному потеплению.

Наилучшим выходом для человечества было бы замещение хотя бы части ископаемого топлива на нечто иное. Лучше всего, если бы это были какие-нибудь отходы. Чего-чего, а бытовых отходов современный житель мегаполиса производит просто ошеломительное количество. Средний бразилец за год производит 500 кг мусора, а средний житель Нью-Йорка – 1500 кг. А в целом развитые страны нашей планеты производят около полутора миллиардов тонн твердых бытовых отходов, которые накапливаются год от года. По официальным данным только в России накоплено свыше 80 миллиардов тонн бытовых отходов, а это вполне соизмеримо с запасами угля, которые для нашей страны составляют 115 миллиардов тонн. Энергия из отходов современного домохозяйства – это абсолютная мечта, которая позволила бы одновременно решить две проблемы современной цивилизации.

Недостаток бумажного мусора как источника энергии и способ его преодоления

костёрХорошо известно, что огромную долю твердых бытовых отходов составляет бумага. Это магазинные чеки, старые газеты, книги, журналы, никому не нужные старые или испорченные документы и деловая переписка, обои, снятые со стен при ремонте, бумажная упаковка - начиная от конфетных фантиков и заканчивая картонными коробками для бытовой техники. Всем нам с детства известно, что бумага прекрасно горит, ведь совсем не зря ее используют для разжигания костров. Может быть, здесь кроется секрет благополучия цивилизации? Что ж, это не исключено.

Бумага горит просто замечательно, однако у нее есть множество недостатков, которые усложняют ее использование в качестве промышленного топлива. Одним из таких недостатков является ее слишком малая плотность, а, соответственно, и высокая скорость сгорания.

Всем известно, что если бумагу зажечь, то она горит жарко, но недолго. Даже закипятить чайник на ворохе старых газет – это довольно сложная задача: они сгорят куда раньше, нежели успеют нагреть воду до температуры кипения. Однако, если уплотнить бумажную массу (а это довольно просто сделать, использовав ее свойство необратимой деформации в размоченном состоянии), то ситуация кардинально улучшится. Энергия станет плотнее по объему, а процесс сгорания гораздо более равномерным.

Бумажные брикеты

теплотворная способность материаловПо теплотворной способности, то есть по количеству выделяемой при сгорании энергии на килограмм массы, бумага выглядит не так плохо.

Как видно из приведенной диаграммы, она превышает по этому показателю древесину и бурый уголь, серьезно отставая лишь от нефти и природного газа. Исходя из этого, бумажное прессованное топливо вполне может быть использовано для многих нужд современного населения.

Однако, крупный массив прессованной бумаги – это топливо далеко не идеальное. И главный его недостаток – невозможность автоматической подачи в камеру сгорания. Если нефть или газ, ввиду их агрегатного состояния, достаточно просто использовать на котельных установках, то бумажные брикеты неминуемо потребуют ручной загрузки, что смотрится явным анахронизмом. Поэтому наиболее перспективным направлением переработки вторичной бумаги в топливо является ее грануляция, то есть приготовления из измельченной и размоченной бумажной массы на специальных прессах-экструдерах топливных гранул-пеллет.

Бумажные гранулы

шнековый насосМасса плотных гранул – это уникальное по своему агрегатному состоянию вещество, сыпучая псевдожидкость, как ее часто называют инженеры. Сыпучие материалы, в отличие от твердых, обладают многими свойствами жидкости, а именно: определенной текучестью и возможностью «перекачивания» с помощью специальных шнековых насосов (модель которых каждый из нас имеет дома в виде обычной ручной мясорубки).

Бумажные гранулы можно автоматизировано подавать в топку с помощью шнекового насоса, соответственно, нам уже не нужны будут сотни потных кочегаров, устало закидывающих лопатами топливо в пылающие глотки печей. Бумажные топливные гранулы могут быть использованы не только для отопления, но и для работы небольших энергетических установок, возможно, и для нужд транспорта или самоходных машин (экскаваторов, тракторов, зерноуборочных комбайнов и монтажных кранов, а также прочих мастодонтов индустриальной эпохи, которым мы обязаны решительно всем). Определенные надежды в использовании твердого гранулированного топлива в качестве привода машин дают двигатели Стирлинга, имеющие коэффициент полезного действия сравнимый с дизельным мотором или даже превышающий его.

Двигатель Стирлинга

двигатель СтирлингаШотландский священник Роберт Стирлинг запатентовал своё детище в 1816 году, но сама идея была известна еще в конце XVII века. Двигатель Стирлинга, или рекуператор, представляет собой разновидность двигателя внешнего сгорания, основанного на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела. Специфика данного двигателя в том, что для работы ему необходим любой источника тепла, а не только топливо, сжигаемое в замкнутом объёме. Таким источником могут стать упоминаемые выше гранулы из переработанной вторичной бумаги. Он довольно прост по схеме, но на данный момент времени слишком дорог из-за используемых в нём высокотехнологичных материалов: углеволоконных композитов, тугоплавких сплавов и инертных газов. И хотя принципиально двигатель Стирлинга может быть изготовлен даже из консервной банки с помощью ножа и пилочки для ногтей, для действительно эффективной его работы необходимы очень наукоемкие технологии.

Двигатели Стирлинга используют в основном лишь на подводных лодках и на космических аппаратах. Но мы хорошо помним, что первые компьютеры так же рассматривались исключительно как инструмент, предназначенный для стратегических задач военно-научного комплекса супердержав. В 60-е годы Кен Олсен, руководитель корпорации Digital Equipment Corporation, поставлявшей компьютерное оборудование Пентагону совершенно уверенно утверждал: «Вряд ли кому-то придет в голову установить компьютер дома». Но технологиям свойственно спускаться с небес на землю и переодеваться из военных сапог в домашние тапочки и рабочие ботинки.