Un team di scienziati russi di NUST MISIS, L'Università Politecnica di Tomsk (TPU) e l'Istituto di Catalisi Boreskov hanno suggerito un nuovo approccio per modificare il comportamento di combustione del carbone. L'aggiunta di sali di rame riduce di 3,1 volte il contenuto di carbonio incombusto nelle ceneri residue e del 40% il contenuto di CO nei prodotti gassosi della combustione, gli scienziati hanno scoperto. La ricerca è stata pubblicata su Tecnologia di elaborazione del carburante .

Secondo l'Agenzia Internazionale per l'Energia (AIE), il carbone è la risorsa energetica predominante utilizzata come combustibile primario per la produzione di energia. Secondo i rapporti, il carbone ha fornito oltre un terzo della produzione globale di elettricità nel 2020. Gli esperti ritengono che, nonostante la politica energetica generalmente accettata volta a ridurre la quota di utilizzo del carbone e a passare a fonti di energia rinnovabili, carbone, come il principale tipo di carburante al mondo, molto probabilmente occuperà ancora una posizione di leadership nella produzione di energia nei prossimi anni. Però, l'uso diffuso del carbone è limitato da una serie di problemi, come la combustione incompleta del carburante e la concomitante formazione di gas tossici. Tenendo conto di ciò, lo sviluppo di tecnologie volte a una conversione termica del carbone più efficace e rispettosa dell'ambiente è un compito prioritario per l'industria della produzione di energia a carbone. Una delle possibili soluzioni per migliorare l'efficienza della combustione del carbone è l'uso di agenti cataliticamente attivi, quali ossidi di vari metalli e loro precursori (sali a base di nitrati, solfati, acetati, e carbonati), intensificare il processo di combustione.

"È troppo presto per rinunciare al carbone. Cina, ad esempio, si affida al carbone come fonte di energia primaria per gran parte del 21° secolo, nonostante tutte le tendenze "verdi". In Russia, il carbone rappresenta poco meno del 20% del bilancio energetico del Paese. Anche in Gran Bretagna, il paese che ha costantemente attuato la sua politica di decarbonizzazione, la domanda di carbone da parte dei generatori di elettricità è stata registrata a oltre 200mila tonnellate nel terzo trimestre del 2020. È sicuro dire che continuerà la ricerca di additivi catalitici per migliorare l'efficienza della combustione del carbone. Per noi, la ricerca ha avuto un discreto successo:l'uso degli additivi proposti dal nostro team ha dimostrato di migliorare significativamente l'efficienza della combustione del carbone, soprattutto con carboni ad alto contenuto di cenere, " ha osservato Alexander Gromov, il capo del team NUST MISIS e capo del MISIS Catalysis Lab.

Il metodo di attivazione della combustione del carbone mediante sali metallici si basa sull'intensificazione del processo di combustione e sulla riduzione della temperatura di combustione. L'utilizzo degli additivi a base di sale rende la combustione più gestibile, notano i ricercatori.

Nei loro esperimenti, gli scienziati hanno usato sali di rame come additivi attivanti per migliorare la reattività dei combustibili di carbone ad alto contenuto di ceneri, come antracite, noto anche come carbon fossile, e semicoca. I combustibili ad alto contenuto di ceneri sono caratterizzati da elevate temperature minime di accensione e combustione, e bassa intensità di combustione. L'introduzione di sali di rame ha determinato una migliore reattività e una maggiore velocità di combustione dei campioni di combustibile. Vale anche la pena ricordare che il contenuto di carbonio incombusto nel residuo di cenere dei campioni modificati era significativamente inferiore a quello dei campioni di riferimento.

L'introduzione dei nitrati di rame, acetati e solfati ai campioni di combustibile è stata effettuata mediante la procedura di bagnatura incipiente. Sono stati quindi eseguiti esperimenti di accensione e combustione in una camera di combustione a temperature del mezzo riscaldante variabili da 500 °C a 700 °C.

Il meccanismo di attivazione della combustione si basa sull'intensificazione della produzione di prodotti della combustione in fase gassosa nella fase iniziale del rilascio dei volatili e sulla generazione di microesplosioni per prevenire la formazione di strati di scoria che altrimenti bloccherebbero l'ossigeno dal combustibile.

Quando si utilizzano additivi a base di ossido, deve essere garantito il contatto dinamico tra il carburante e l'additivo, hanno notato i ricercatori. L'uso dei sali come catalizzatore non richiede quel tipo di contatto, che rende questo nuovo metodo di modifica del carbone potenzialmente applicabile nel settore energetico.

I ricercatori ritengono che l'uso di additivi a base di sale per aumentare l'efficienza della combustione del carbone potrebbe aiutare a migliorare l'efficienza del carburante nella produzione di energia, ridurre al minimo l'uso di energia per il preriscaldamento delle apparecchiature di generazione di energia e ridurre le emissioni di carbonio dalle centrali elettriche a carbone.