Сегодня остаётся актуальной проблема высокого содержания бензапирена в воздухе краевой столицы. Много лет Чита входит в список 12 городов с самой грязной атмосферой. Причины обусловлены естественными причинами – географическим положением и большим количеством устаревших котельных и печей. Дмитрий Балахонов узнал, как решается эта проблема.
Сжигание угля и дров – основной источник выделения в небо над Читой золы, оксидов азота, серы и бензапирена. Меры по снижению этих выбросов принимает местная власть: закрывают угольные котельные, переводят отопление жилых домов на центральную систему от ТЭЦ. Также ведутся работы по газификации региона: уже идет прокладка труб и установка оборудования для запуска газа. Работают над методами по улучшению экологии в Забайкалье и учёные.
В столице Забайкалья сконцентрировано много малоэтажных домов с обычными печами и устаревших котельных, везде применяют уголь и дрова. Сжигание такого топлива образует разные соединения, которые попадают в атмосферу. Среди них есть самый опасный, как говорит старший преподаватель кафедры энергетики ЗабГУ Юлия Риккер:
«Проблема с экологической остановкой в крае у нас достаточно серьёзная. Все горожане замечают. В частности, проблема с выбросами бензапирена стоит достаточно остро. В отопительный период у нас превышение предельно допустимой концентрации (ПДК) до 50-60. Поэтому необходимо проводить различные мероприятия для подавления этих выбросов. Это может быть как оптимизация процессов горения, так и работа с самими дымовыми газами с подавлением уже в источнике. Бензапирен образуется в процессе горения топлива — жидкое, твёрдое — в частности, угольное, также при сжигании дров и любых других материалов».
Наибольший объём выбросов бензапирена регистрируется краевой метеослужбой в пиковые часы отопительного периода – в зимние месяцы. Исследований показывают, что главные источники такого загрязнения – малые устаревшие котельные и частные дома с обычными печами. Последние по программе автономной газификации краевые власти намерены перевести на газовое отопление. По плану чуть более 13 тысяч домовладений к концу года будут оборудованы газовыми котлами, подключены к газораспределительным сетям. Их прокладкой активно занят концессионер – более 240 из 514 километров инженерных коммуникаций готово.
Сложнее продвигается заключение договоров с собственниками жилых помещений – их пока только около 5000. Тем не менее, работы продолжаются.
Не остаются без внимания и нерегулируемые малые котельные. В отличие от крупных объектов , оснащенных золоулавливателями, подобные котельные давно не проходили модернизацию. Их работа отражается на состоянии атмосферы. Многие уже закрыты, а дома, которые они обслуживали, переведены на централизованное теплоснабжение. Депутаты регионального парламента намерены рассмотреть законопроект, он уже был принят в первом чтении и подразумевает запрет использовать жидкое или твёрдое топливо, кроме альтернативного – на основе древесных отходов, в частности, пеллетов. Их выпуском занято, например, одно из краевых предприятий – Группа «Инновация». Гендиректор компании Леонид Кузьмицкий говорит, что с точки зрения лесопроизводства сырьём являются отходы лесопереработчиков. Они изготавливают доску, брус, и у них получается достаточно большой объём отходов. Эти отходы компания перерабатывает в пеллеты. Такое топливо поставляется на внутренний рынок.
За региональным правительством законопроект предлагает закрепить право устанавливать ограничения на использование нефтепродуктов и иного топлива, сжигание которого ведёт к загрязнению воздуха. По данным краевого министерства природных ресурсов жители Читы находятся под постоянным воздействием бензапирена. Если законопроект будет принят депутатским корпусом во втором чтении, то с 1 сентября за нарушения со стороны предпринимателей последние будут нести административную ответственность. Поправки к документу устанавливают штрафы. В ближайшее время Заксобранию предстоит рассмотреть указанные новые нормы.
Своя оценка их эффективности есть и у некоторых забайкальских учёных. Старший преподаватель кафедры энергетики ЗабГУ Юлия Риккер напоминает, что один из экспертов вуза уже работает над улучшением свойств пеллетов – одного из видов альтернативного топлива, использовать которое предлагается в законопроекте:
«Я считаю, что необходимо дорабатывать этот законопроект. Решение должно быть комплексное, нельзя обязать людей перейти на какой-то определённый вид топлива, при этом не помогать им организовывать процессы сжигания и не вести определённую работу с этим . Мне кажется, необходимо привлекать и учёных, которые помогут произвести все технические инженерные расчёты, подходить к этому вопросу с более научной точки зрения нежели с какой-то популистской. Наш коллега — аспирант Валерий Рудой занимался разработкой пеллетов именно с добавлением цеолита. Это наш забайкальский минерал. Очень хороший абсорбент, который на себя забирает часть вредных выбросов. У него были определённые положительные результаты, связанные с этим. В этом направлении у нас на кафедре работа ведётся. Исследования есть. Потенциал у них достаточно большой. Нельзя сказать, что пеллеты можно будет применять на каких-то крупных объектах энергетики, но для домашнего хозяйства, каких-то частных бытовых печей это неплохой вариант».
Материал для пеллетов – отходы древесины, он действительно ограничивает использование такого биотоплива в больших масштабах. На крупных объектах энергетики в крае продолжают использовать уголь. Несмотря на имеющиеся на них современные золоулавливатели, учёные ЗабГУ всё же видят поле для улучшений. Например, студент 4 курса кафедры энергетики Зоя Дарбинян работает над усовершенствованием АФА-фильтров – приспособлений, на которых в процессе горения угля на ТЭЦ оседают частицы золы, пыли, включая бензапирен. В случае газификации не только частных домовладений в Чите, но и крупных предприятий генерации, применять новую технологию будет также возможно, считает Зоя Дарбинян:
«Мы сейчас находимся на заключительном этапе работы. Сделали стенд, провели сравнительный анализ, у нас уже готова разработка, скоро будет патент. Учитывая то, что у новой разработки выше точность, чем у старой, на предприятиях для большей точности она важна. Пока такого исследования у нас не ведётся, потому что газа в открытом доступе у нас нет, пока сжигаем угли, проводим опыты на них. Экспериментов по газу пока нет, но сама технология универсальная».
Как отмечает старший преподаватель кафедры Забайкальского Госуниверситета Юлия Риккер, в отличие от газа менее изучены процессы горения угля. Поэтому исследования важно продолжать, чтобы в перспективе оптимизировать работу энергетических предприятий. Большая часть исследований, которая проводится Юлией и ее коллегами, проводится на станциях, которые работают с газовым топливом, а для угольного топлива исследований достаточно мало. Процессы, которые происходят при сжигании угля, для учёных не полностью понятны. Выбросы бензапирена тесно связаны с выбросами золы взвешенных частиц, потому что зола на себя хорошо абсорбирует бензапирен. Там, где хорошо организовано улавливание, процент бензапирена оседает на золе, таким образом, может быть уловлен в различных золоуловителях. Получается проблема для газового топлива, поскольку станции на газовом топливе не выбрасывают взвешенные частицы, осаждение бензапирена на взвешенных частицах нет, его выбросы могут быть даже больше при сжигании газа.
Таким образом, выбросы продуктов горения угля — включая не только невидимый глазом бензапирен, но и серы, пыли — в отличие от сжигания газа позволяют улавливать этот канцероген. Становится возможным замерить его содержание. Не оставляют забайкальские учёные без внимания и привычную схему работы угольных ТЭЦ. Проект аспирантки ЗабГУ Юлии Риккер
посвящён экологоориентированной комплексной оптимизации топочных процессов котлов энергетических предприятий. Главная задача – разработать технологию отбора проб бензапирена из горячих дымовых газов. Для этого, считает учёная, нужен оптимальный вариант сжигания топлива с применением различных сорбентов, присадок, которые будут подавлять вредные выбросы.
Для снижения энергозатрат на работающих в Забайкалье предприятиях обслуживать установленное там оборудование возможно также с помощью технического решения. Над ним трудятся в главном краевом вузе. Вот мнение доцента кафедры информатики и вычислительной техники, заведующего лабораторией перспективных энергетических технологий Георгия Палкина:
«Само устройство будет устанавливаться в индивидуальных тепловых пунктах различных зданий каких-то производственных объектов, в то числе частных системах отопления. Устройство будет представлять коробочный вариант, запакованный в корпус специальный, будет собирать информацию с различных датчиков технологических параметров, т. е. будет запланирована возможность подключения различной номенклатуры датчиков для разных систем, соответственно. По показаниям с этих датчиков будет вычисляться требуемая температура теплоносителя, которая обеспечит наилучшие показатели микроклимата и энергосбережения. Постараемся снизить затраты тепловой энергии, как от централизованной системы теплоснабжения, так и если у нас какое-то частное здание или автономная организация. Экономия ресурсов на подогрев воды».
Прототип интеллектуального адаптивного контроллера управления отоплением должен стать отечественной разработкой. Для автоматического замера температурных показателей планируется дополнить прибор искусственным интеллектом. Его же можно применить и для других целей на территории испытательного полигона Забайкальского Госуниверситета. В частности, в виде так называемого «машинного зрения» для отслеживания погодных условий, влияющих на опытные образцы солнечных панелей. Их забайкальским коллегам передали из МИСИС – Московского института стали и сплавов. Представленные образцы изготовлены на основе не кремния – основного используемого материала, а перовскита. Уточняет доцент кафедры энергетики Забайкальского Госуниверситета Михаил Кобылкин:
«У нас есть результаты предварительные. У нас был такой расширенный план исследований на 2023-2024 год. В 2023 году тестовые испытания перовскитов мы провели. МИСИС представили нам две солнечные панели. Небольшие панели. Первая панель была разработка вариант номер 1, которая была установлена у нас здесь. В условиях Забайкальского края мы её испытывали. Не особо удачно всё это прошло именно для самой панели — она очень сложно пережила наши климатические условия. Совместно с экспертами из МИСИС после того, как мы отдали эти материалы, они подготовили вторую более стойкую панель, прислали. На нашем полигоне вторая итерация прошла новой, скажем так, более стойкой панели. Она до сих пор жива и используется.
Результаты появятся, МИСИС внесёт какие-то доработки и постепенно они двигаются к технически готовому продукту. А мы наращиваем возможности полигона и особенности исследования таких панелей».
Особенности климата в нашем крае создают идеальные условия для поверки образцов новых солнечных панелей. Первый вариант такой панели нуждался в замене. МИСИС благодаря наиболее надёжной проверке со стороны учёных ЗабГУ своего изделия в итоге сможет прийти к самому оптимальной версии перовскитной солнечной панели. Об итогах проведения первого её образца доцент кафедры энергетики ЗабГУ Михаил Кобылкин рассказывает, что пока они, как криминалисты, следят за процессами повреждений, пытаются их анализировать. Саму конструкцию панели собрали из достаточно большого количества элементов — получился такой «сэндвич» с разными характеристиками по термической расширяемости. С учётом резких перепадов температур — утреннем похолодании и, когда встаёт солнце, резком потеплении самой панели, расширение материалов привели к разрушению.
Пока испытательный киберфизический полигон Забайкальского Госуниверситета закрыт на ремонт. Именно на нём будут продолжаться исследования перспективных солнечных панелей на основе перовскитов. При этом, как отмечает доцент кафедры энергетики ЗабГУ Михаил Кобылкин, можно экспериментировать с различными моделями тех образцов, которые пожелают проверить в условиях нашего региона столичные коллеги из Московского института стали и сплавов:
«Смысл продолжать есть. С точки зрения полигона довольно интересная конструкция — можно было испытывать разные конструкции солнечных панелей. Для МИСИС это из главных продуктов. Им тоже есть интерес показать своим инвесторам, компаниям, заинтересованным покупать эти панели, панели проходят реальную эксплуатацию, отлично служат в довольно специфических условиях Забайкальского края. Сама система мониторинга — киберфизический полигон — это не продукт сам по себе, это, по сути, услуга для других организаций о возможности использования наших ресурсов. Это проект, направленный на установление взаимосвязей с лучшими университетами страны. Наша продуктовая логика в основном завязана сейчас на экологию. Хотим доделать проекты, связанные с бензапиреном, доделать реактор, позволяющий выжигать бензапирен из газов, заниматься пеллетами, поскольку это остро актуально для нашего края».
Такая актуальность исследований забайкальских учёных подчеркивается амбициозныи задачами, которые стоят перед краевым правительством от снижения уровня загрязнения воздуха Читы до технологической независимости. Ведь именно благодаря новым техническим разработкам на
основе отечественных материалов откроется немало перспектив для улучшения экологии в регионе и эффективности энергетики. Всё это в целом отразится на развитии Забайкалья.
Дмитрий Балахонов