Команда ученых из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, Тувинского института комплексного освоения природных ресурсов СО РАН и Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН реализовала уникальные эксперименты по обработке угля Каа-Хемского месторождения с помощью потока электронов на ускорителе ИЛУ-6. Эксперты обнаружили, что такая технология выраженно увеличивает выход ценных продуктов переработки из тувинского угля и потенциально снижает экологические издержки при его использовании вместо природного топлива.
Исследования с уклоном в инновации: радиационная обработка угля
Группой российских исследователей была изучена перспективность повышения выхода жидких углеводородов (пека) из угля, добываемого на Каа-Хемском месторождении в Республике Тыва. Особое внимание уделялось ресурсу средней степени метаморфизма – это категория каменного угля типа ГЖ (газовый жирный), который широко используют для отопления в регионе.
Уголь, как известно, представляет смесь органических соединений и минеральных компонентов. Обычно из одного и того же объема исходного сырья процент выделения полезных жидких углеводородов определяется «зрелостью» угля. Чем выше степень его преобразования под действием природы, тем больше сложных связей и, соответственно, тем ниже выход пека.
Открытия исследовательской команды: Борис Толочко о ключевом результате
Доктор химических наук Борис Толочко, руководитель профильной лаборатории ИХТТМ СО РАН, охотно делится подробностями инноваций: «Для тувинского угля характерно обилие жидких углеводородов, из которых можно получать ценные продукты. Но даже при активных попытках их экстракции, обычные методы дают сравнительно низкий результат. Когда мы обрабатываем уголь потоком электронов с ИЛУ-6, замечаем, что количество извлекаемых жидких фракций возрастает на 40-60 %. Причина проста: электроны разрушают тугие химические связи, удерживающие органические фрагменты внутри массива угля».
В результате возникает возможность преобразования выделенного пека в широкий спектр материалов — от масел и пластмасс до горючих газов, аналогично тому, как это реализовано с нефтепродуктами. Кроме того, такой способ обработки ведет к появлению дополнительного экологического преимущества: после облучения при сгорании угля практически не выделяются опасные полициклические ароматические углеводороды.
Ускорители и их роль в современной переработке ресурсов
Экспериментальные успехи на угле предшествовали многолетней работе Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН с другими видами сырья. Как поясняет кандидат технических наук Александр Брязгин, возглавляющий одну из ключевых лабораторий: «Мы давно разрабатываем промышленные ускорители и используем их для модификации органических и минеральных материалов. Был большой опыт применения для переработки тяжелых фракций нефти. Пучок электронов, создаваемый на ИЛУ-6, инициирует расщепление тяжелых и трудноперерабатываемых компонентов, переводя их в легкие и ценные продукты».
Совместные проекты с Институтом горного дела СО РАН также продемонстрировали эффективность облучения твердых рудных остатков: обработка облегчает измельчение минеральных «хвостов», что заметно улучшает общий коэффициент полезного использования недр. Таким образом, ускорители типа ИЛУ-6 уже практически заняли свою нишу в сфере экологичной и ресурсосберегающей промышленной переработки.
Каа-Хемский уголь: шаг к экологически чистой энергетике
Тувинское угольное месторождение уже много лет обеспечивает регион топливом, однако сырой уголь имеет повышенное содержание опасных соединений, которые при сгорании выделяются в атмосферу. Эксперименты с облучением каменного угля открывают путь к производству так называемого «чистого угля»: термическое разрушение при помощи электрона снижает долю канцерогенных веществ и облегчает последующую переработку продукта.
Полученные на ускорителе ИЛУ-6 результаты позволяют рассчитывать на значительное улучшение экологической обстановки в Тыве и смежных регионах. Наряду с этим, специалисты рассматривают возможность масштабирования технологий и на другие угледобывающие предприятия России.
Промышленные ускорители: новые перспективы в науке и производстве
За несколько десятилетий российские ученые и инженеры из ИЯФ им. Г.И. Будкера накопили уникальный опыт в создании и эксплуатации ускорителей для самых разных целей. Эти установки становятся незаменимыми не только в исследованиях, но и в практических задачах: очистке сточных вод, обработке пищевых продуктов, модификации материалов и, конечно, переработке сырья.
Сегодня ускоритель ИЛУ-6 — не просто научный аппарат, а надежный инструмент с огромным спектром технологических возможностей. Оптимистичным становится взгляд на ближайшее будущее: инновационная обработка ресурсов ускорителями позволяет существенно продвинуться к бережному, рациональному и экологически дружелюбному использованию природных богатств.
Вдохновляющие перспективы и научное сотрудничество
Слаженная работа специалистов из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, Тувинского института комплексного освоения природных ресурсов СО РАН и Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН является отличным примером того, как объединение знаний и передовых технологий раскрывает новые грани для развития регионов и российской науки в целом.
Научные открытия высоко ценятся не только внутри исследовательского сообщества, но и на уровне производственников и экозащитников, которые видят в радиоактивной обработке угля, металлов и нефти реальный шанс сделать экономическую деятельность человечества более чистой и эффективной. Перспективы масштабирования уникальной технологии облучения на ускорителях уже вызывают интерес у других отраслей промышленности и подчеркивают важную роль фундаментальной и прикладной науки в созидательном будущем страны.
Фото: Солангы Ондар. На фото: макросъемка структуры коксовых остатков угля, обработанного электронным пучком.
