Сотрудники, студенты и аспиранты кафедры «Рециклинг отходов топливной энергетики» Технологического факультета ЮРГПУ (НПИ) в течение двух с половиной лет трудились над созданием экологичных прочных материалов, которые можно использовать при дорожном и малоэтажном строительстве в экстремальных условиях Арктики.
В пресс-службе ЮРГПУ (НПИ) «Деловой газете. Юг» рассказали, как происходила работа над проектом, чем полезно изобретение и над какими открытиями трудятся ученые сегодня.
Арктика – стратегически важный регион
Для России Арктика — это стратегически важный регион, потенциальный локомотив экономики, считают в ЮРГПУ (НПИ). В настоящее время в Арктической зоне РФ (АЗРФ) расположены восемь ТЭЦ суммарной мощностью 862,5 МВт, которые в качестве основного топлива используют уголь.
Огромное количество накопленных золошлаковых отходов в Арктике при практически исчерпанной емкости золоотвалов в наше время становится очевидной проблемой. Новочеркасские политехники остановили свое внимание на решение этого вопроса на самых крупных ТЭЦ Арктической зоны — Апатитская (Мурманская обл.) и Северодвинская (Архангельская обл.).
«Не менее важны и проблемы транспортной инфраструктуры АЗРФ, связанные с особенностями местных грунтов. Вечномерзлые многолетние грунты содержат замерзшую воду и подвержены морозному пучению, то есть при переходе из талого состояния в мерзлое они увеличиваются в объеме вследствие образования льда», — пояснили в пресс-службе ЮРГПУ (НПИ).
Проект политехников «Эффективные температуроотверждаемые экогеополимеры для дорожного строительства в условиях Арктической зоны РФ на основе отходов сжигания твердых топлив на местных ТЭЦ» в 2021 году был поддержан грантом Российского научного фонда.
Ход работы над проектом
Группа ученых под руководством профессора Елены Яценко задалась целью разработать перспективную технологию синтеза пористых экогеополимерных температуроотверждаемых материалов на основе отходов сжигания ТЭЦ Арктической зоны России для дорожных строительных материалов, эксплуатируемых в условиях низких отрицательных температур.
Ученые провели исследование золошлаковых отходов ТЭЦ Арктической зоны, которое показало, что их отличие от уже хорошо знакомых нашим ученым отходов Новочеркасской ГРЭС незначительно.
«Мы все время работаем в области силикатных материалов, но впервые взялись за тему, связанную с Арктической зоной. Здесь как нигде важна возможность с пользой утилизировать отходы непосредственно в том месте, где они «произведены». В результате проведенной нами работы мы смогли предложить ряд материалов: гранулированные — для дорожного строительства, а также представленные в виде геополимерных изделий — различного размера плит. Почему геополимеры? Здесь мы коснулись еще одной проблемы, которая в тренде. Население Земного шара растет. И если каждый человек оставляет свой углеродный след, то что можно говорить об углеродном следе целого производства?» — рассказала руководитель проекта Елена Яценко.
Отмечается, что силикатные материалы хороши своей долговечностью, они не горючи, морозостойки, однако для их изготовления требуются высокие температуры. Поэтому необходимо было разработать технологию производства силикатных материалов без высокотемпературных обжигов (т.е. без большого углеродного следа).
«Мы предложили вариант производства материалов без углеродного следа, когда материал не обжигается, а затвердевает и приобретает прочность при гидратном вспенивании», — пояснила Елена Яценко.
В зависимости от конструкционных требований и условий, предъявляемых потребителями к пористым геополимерам, возможно производить различные виды строительных материалов, отличающихся формой и техническими характеристиками.
Новаторство донских ученых в развитии Арктики
Новочеркасские ученые предложили свое видение того, как можно усилить типовую конструкцию дорожной одежды с устройством теплоизоляционного слоя, а также представили схему усиления площадки земляного полотна железнодорожной насыпи, где в качестве теплоизоляционного слоя могут выступить те же пористые геополимеры.
Разнообразны варианты применения пористых геополимеров в строительстве, уверены новочеркасские политехники. Эти композитные материалы послужат теплоизоляции фундаментов, подвальных помещений, подземных трубопроводов и инженерных сетей, ледовых арен. Эффективной будет тепло- и шумоизоляция перекрытий, а также утепление заглубленных емкостей и подземных резервуаров.
Разработанная нашими химиками технология нашла отражение в научных статьях и монографии. Важно, что эта работа не закончена — она продолжается теперь в рамках лаборатории «Рециклинг отходов топливной энергетики». Базируясь на проведенных поисковых исследованиях, выполненных в рамках гранта Российского научного фонда, команда проекта нашла коллег за рубежом, среди них — профессор Индорского технологического университета Сандип Чаудхари, который согласился стать научным руководителем лаборатории. Была подана заявка на так называемый мегагрант по Постановлению Правительства РФ №220, наши химики выиграли его в 2022 году.
«Наше начальное исследование перетекло в более масштабные изыскания. Мы теперь рассматриваем не только отходы частных ТЭЦ, ведь нужна технология, которая будет маштабируема и применима к любой станции. Нам уже известно, что в принципе все отходы теплоэлектростанций подходят для строительства – дорожного и малоэтажного — с точки зрения их экологической безопасности. К тому же мы стали рассматривать не только отходы сжигания угля, но и отходы добычи угля. Об объемах таких отходов могут судить все, кто видел огромные терриконы вблизи шахт. Эти отвалы не только не улучшают ландшафт, но и выводят из севооборота плодородные земли», — отметила Елена Яценко.
Как уточнили в пресс-службе ЮРГПУ (НПИ), сейчас донские ученые готовят к защите две кандидатские диссертации, «выросшие» на базе проведенных исследований.
Юлия Чернокозова / Пресс-служба ЮРГПУ(НПИ)