В КФУ выяснили, как переработать тростник в востребованные продукты

Очистка почвы и искусственных водоемов от зарослей тростника обыкновенного и рациональная утилизация способны снизить техногенную экологическую нагрузку на окружающую среду. При этом необходимо учитывать, что вновь образуемое количество биомассы создаёт дополнительные проблемы загрязнения окружающей среды, особенно в регионах с интенсивной сельскохозяйственной деятельностью. Проблема поиска рациональных путей квалифицированного использования биомассы,
в частности, тростника обыкновенного (ТО) с получением ценных продуктов остаётся весьма актуальной.
Сотрудники кафедры технологии нефти, газа и углеродных материалов ИГиНГТ КФУ видят путь решения проблемы рациональной утилизации некоммерческой биомассы из тростника, преобразовав его в товарный биоэтанол. Разработка не только уменьшит производство нефтяного бензина, значительно сократит выбросы СО₂ в жилом и транспортном секторе, но и снизит загрязнения окружающей среды в сельских районах.
Исходя из ряда особенностей, выявленных по результатом проведенных исследований по оценке свойств лигнина, прежде всего, как полимерной добавки, было целесообразно рассмотреть его в качестве целлюлозосодержащего компонента стабилизирующей добавки на пути создания щебеночно-мастичного асфальтобетона (ЩМА) — перспективного дорожно-строительного материала. В ходе эксплуатации данный материал способен обеспечить нормативный показатель характеризующей стекание вяжущего с поверхности каменного материала и высокой сопротивляемостью к колееобразованию дорожного полотна. Таким образом, накопленный арсенал знаний состава, свойств гидролизного лигнина, анализ результатов собственных исследований, позволили авторам сделать предпосылки к созданию безотходной комплексной технологии.

«В работе для повышения эффективности процесса утилизации были использованы современные физико-химические и биотехнологические методы, позволяющие поочередно снижать экологическую нагрузку на окружающую среду, путем формирования и внедрения полученных продуктов и их дальнейшего совершенствования», – сообщил Руслан Кемалов.

Известно множество работ, посвященных утилизации химическим методом лигноцеллюлозных отходов. Часть из них посвящена созданию сорбентов для очистки сточных вод и некоторых твердых топлив в виде брикетов и т.д. Достигнутые успехи в научных и прикладных исследованиях в отечественной и мировой практике в области сбора, подготовки и переработки растительного сырья, а именно, тростника обыкновенного, предусматривают применение химических и биотехнологических методов с целью получения ценных продуктов – биоэтанола и востребованных материалов для дорожно-строительной отрасли.
Исследованиями научных групп профессора Кемалова А.Ф. и доцента Кемалова Р.А. установлено, что преобразование «местных» экосистем в производство биотоплив неизбежно изменит естественный углеродный баланс и сократит потенциальную экономию выбросов парниковых газов, включение комбинированных систем тепло- и электроснабжения в производство целлюлозного этанола будет вытеснять ископаемое топливо и обеспечивает сокращение выбросов парниковых газов и увеличение выработки более дешевой электроэнергии.

«Анализ комбинированного топливного цикла и жизненного цикла транспортных средств, также показывает значительное сокращение выбросов парниковых газов, но не других выбросов, при использовании целлюлозного этанола в качестве альтернативного топлива. Установлено, что применение биоэтанола в качестве моторного топлива способно предотвратить до 25 % выбросов CO₂ от выбросов нефтяного бензина, учитывая энергию, связанную с ископаемым топливом, потребляемую для выращивания и переработки биокультуры. Для компенсации 10 % выбросов CO₂ от потребления бензина потребуется в четыре раза увеличить производство биоэтанола, то есть 48 % пахотных земель», – объяснил Р. Кемалов.

Задача обеспечения транспортным топливом состоит в том, чтобы иметь возможность заменить энергию в собираемой биомассе на первичную энергию в ископаемом топливе. Причем важно сделать это без значительного потребления ископаемой энергии. Таким образом, выделенные плантации выращивания биомассы смогут вытеснить около 15 % выбросов CO₂, ожидаемых от всех видов использования ископаемого топлива во всем мире к 2030 г. Этот факт создает предпосылки интенсивного повышения энергоэффективности мировой экономики.
Для реализации проекта ученые привлекли лаборатории академии наук Узбекистана. На данном этапе ведутся переговоры по созданию опытных заводов в Узбекистане, Сочи и Татарстане.
Работа выполнена под руководством профессора Кемалова А.Ф.
в лабораториях кафедры ТНГ и УМ Казанского (Приволжского) Федерального университета, а также в НОЦ «Технологии нефти, газа, битумных материалов
и углеродных энергоносителей». Результаты обширной
научно – исследовательской работы были доложены на многочисленных научных конференциях российского и мирового уровня, в том числе на международной конференции «Инновационные технологии производства, хранения и применения водорода» в рамках шестого всемирного конгресса «Альтернативная энергетика и экология» – WCAEE – HPSA – 2022 (Монтенегро, Будва, 20-23 декабря 2022 года), опубликовано 2 патента РФ на изобретение,
20 статей в журналах из числа списка ВАК РФ, 10 статей журналов, индексируемых в базах данных Scopus, Web of Science квартилей Q1-Q2.
Новизна технологических решений подтверждена патентом РФ на изобретение № 2790725 «Способ получения биоэтанола из тростника
обыкновенного» (2023 г.).