Комплекс по переработке твердых коммунальных отходов в теплоизоляционный материал разработали ученые СПбГУПТД

Стартап решает проблему утилизации отходов, а также создает производственную базу для выпуска пеностекла, широко применяемого в строительстве. Разработка направлена на переработку органической и не органической части отходов. Продукт в виде теплоизоляционного материала будут реализовывать в секторе строительства и теплоснабжения.

«Сегодня остро стоит вопрос утилизации отходов. Только в Петербурге и Ленинградской области выбрасывается порядка 200 млн тонн отходов в год, из них 180 тыс. тонн — это стеклобой, процесс естественного разложения которого занимает более 1000 лет. На данный момент в России отходы изолируют на полигонах, однако это влечет ряд проблем: под действием окружающей среды отходы подвергаются разложению, в процессе которого образуется фильтрат, отравляющий почву и грунтовые воды, свалочный газ, препятствующий их рекультивации, а также развиваются патогенные микроорганизмы, способствующие передачи различных заболеваний. Поэтому наш исследовательский интерес был сосредоточен на том, чтобы найти способ утилизации таких отходов», — комментирует один из авторов разработки, доцент кафедры теплосиловых установок и тепловых двигателей СПбГУПТД Алексей Хлыновский.

Ученые поставили перед собой задачу разработать полный цикл переработки твердых коммунальных отходов через получение электрической и тепловой энергии при сжигании органической части ТКО для создания пеностекла из стеклобоя. Автономный модульный комплекс включает две установки: одна отвечает за получение тепловой и электрической энергии, другая — за производство пеностекла. Установка по получению тепловой и электрической энергии превращает органическую часть отходов (бумага, дерево, картон и т.д.) в пар температурой, превышающей 300°C. В последствии этот пар используется для получения электроэнергии поступая в турбину, а также для подсушки топлива и стеклобоя.

«Используя энергию, произведенную на первом этапе, с помощью второй установки реализуется полный производственный цикл получения пеностекла. Поступившее стекло и стеклобой очищаются и измельчаются. Далее эта стекломасса поступает в смеситель, где при смешении с пенообразователем получается готовая к запеканию смесь — шихта. В зависимости от производимого вида материала происходит дозация этой смеси в специальные формы и запекание при определенной температуре, после чего продукт остается только упаковать и отправить заказчику», — добавляет один из авторов разработки, магистрант кафедры промышленной теплоэнергетики СПбГУПТД Андрей Антуфьев.

Ученые СПбГУПТД разработали первый универсальный экологический сорбент для ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов

Преимущество нового сорбента в том, что он производится из отходов целлюлозно-бумажной промышленности, что делает его экологически чистым, а производство — дешевым.

Кроме того, он обладает лучшими характеристиками, чем импортные аналоги, которые сегодня используются в отечественной нефтяной промышленности. Среди преимуществ разработки ученых СПбГУПТД скорость сорбции, высокая способность удерживать нефть, простота в использовании и утилизации. На сегодняшний день это единственный в России сертифицированный сорбент. Компания «Естественные технологии» строит завод по его производству. Партия сорбента с опытного производства уже бесплатно отправлена волонтерам Анапы.

Разработанный учеными кафедры физики СПбГУПТД сорбент AG-Sorb представляет собой гранулы, в которых содержится целлюлоза и карбонат кальция, благодаря чему он совершенно безвреден для окружающей среды и безопасен в использовании. AG-Sorb можно применять для ликвидации разливов нефтепродуктов с любых твердых поверхностей, в том числе с трещинами. Сорбент удаляет и нефтяные разливы на почве: он снижает содержание нефти на 60-70 % уже в первые несколько дней, что позволяет уже через неделю садить растения, а полностью очищает почву в течение 2-3 месяцев. Сорбент также очищает резервуары, нефтехранилища и другие емкости. AG-Sorb эффективен и при устранении нефтяных разливов с водной поверхности: для ликвидации крупных аварий во время разлива нефти в море, для устранения протечек нефтепроводов, а также для очистки сточных вод, в которые попадает отработанное машинной масло.

«Сначала мы разработали сорбент, который после сбора нефти остается плавать на поверхности воды, однако из-за ветра и течений такой сорбент может быть разнесен по водоему, из-за чего его будет сложно собирать. В связи с этим мы создали второй сорбент с таким же составом, однако после заполнения нефтью он начинает тонуть за счет того, что теряет свойство гидрофобности и пропускает воду. Мы обнаружили, что наш сорбент во время сбора нефти способен коагулировать, то есть собираться в комки, что дает нам возможность поймать эти комки в процессе их опускания на дно. Это позволило нам разработать технологию сбора сорбента с помощью простой сетки с ячейками меньше размера частиц сорбента для пропуска воды», — комментирует один из авторов разработки, профессор кафедры физики СПбГУПТД Александр Гребенкин.

Сегодня отечественная нефтяная промышленность использует только импортные сорбенты, так как в России нет собственных сертифицированных сорбентов. Разработка ученых Университета промышленных технологий и дизайна позволит заменить зарубежный аналог отечественным более качественным, но более дешевым продуктом. Помимо дешевизны, экологичности и универсальности среди преимуществ нового сорбента — отличная адгезия: он способен удерживать около 98% собранной нефти, не позволяя ей вытекать обратно в окружающую среду. Еще одно важное преимущество — скорость сорбции. Для сбора нефти зарубежному аналогу требуется полтора часа, в то время как AG-Sorb впитывает нефть всего за 1-2 минуты. Это не дает нефтяному пятну распространиться еще больше. Отечественный сорбент также прост и безопасен в применении и транспортировке. Существуют сорбенты, которые можно использовать только во время идеальных погодных условий. Гранулы AG-Sorb можно использовать при любых погодных условиях и температуре от −50 °C до +60 °C.

«После ликвидации нефтяного разлива встает вопрос, как утилизировать сорбенты, которые собрали нефть? Обычно их везут на свалки, то есть переносят загрязнение из одного места в другое. Мы же за счет экологичности наших сорбентов создали круговой технологический цикл и предлагаем два варианта их последующего использования. Во-первых, наши сорбенты можно применять в качестве удобрения. Мы провели исследования с разными видами почв, которые доказали, что сорбент вместе с нефтью содержит те же вещества, что и удобрения, и более того, наш сорбент еще и вытягивает из почвы тяжелые металлы, не нанося вред биому. Во-вторых, наши коллеги, ученые кафедры технологии целлюлозы и композиционных материалов СПбГУПТД во главе с профессором вуза Эдуардом Акимом, предложили отправлять напитанные нефтью сорбенты обратно на предприятия ЦБП, где их можно использовать в качестве топлива, получая таким образом производство полного цикла», — добавляет профессор кафедры физики СПбГУПТД Александр Гребенкин. Технологию производства тонущего сорбента внедряет компания «Естественные технологии», которая строит завод по выпуску сорбента в промышленном масштабе. Продукцией уже заинтересовались нефтяные предприятия из Якутии и Тюмени.

«Среди последствий аварий вблизи Анапы — всплывающие мазутные пятна, которые образуются из-за того, что при изменении температуры мазут, который утонул в процессе перемещения, снова всплывает на поверхность. Такие всплывающие пятна мазута занимают небольшую площадь, но если их не ликвидировать, то впоследствии они прибиваются к берегу, загрязняя песок, или тонут, загрязняя дно. Причем из-за изменения течения и направления ветра непонятно, где именно их прибьет к берегу. Разработанный нами сорбент позволяет решить эту проблему. Для этого мы предлагаем использовать несколько сельскохозяйственных беспилотников и сетку. Здесь не требуется дорогостоящее оборудование, привлечение десятков или даже сотен людей, суда, водолазы, только несколько специалистов по работе с беспилотниками и сам сорбент», — считает ученый.

Устройство для 3D-печати деталей из древесины разработали ученые СПбГУПТД

Устройство встраивается в 3D-принтер и может быть использовано на предприятиях деревообрабатывающей промышленности. Разработка ученых СПбГУПТД позволит использовать древесную муку для выпуска деталей, имитирующих древесину. Предложенная комбинированная технология позволяет изготавливать изделия сложной формы.

«На мебельном производстве после этапа обработки древесины образуются опилки. На данный момент предприятия их утилизируют, в том числе и от дорогостоящей древесины. Однако им можно найти применение, переработав в древесную муку», — рассказывает один из авторов разработки, старший преподаватель кафедры инженерной графики и автоматизированного проектирования СПбГУПТД Николай Евдокимов.

С помощью аддитивных технологий ученые СПбГУПТД из древесной муки создают элементы мебели, в том числе сложной формы, по своей структуре имитирующие древесину.

Науке уже известен метод использования 3D-печати для выпуска различных изделий из опилок. Однако распространенный сейчас метод FDМ-печати имеет существенный недостаток — крупные частицы полученной смеси регулярно забивают сопла, что делает невозможной дальнейшую печать.

Ученым Университета промышленных технологий и дизайна удалось решить эту проблему с помощью объединения технологии FDМ-печати с LDM-печатью. Последняя — не так широко распространена, однако имеет важное преимущество. Технология LDM-печати не позволяет получать такую качественную поверхность, как FDM-печать, однако в LDM-технологиях используются сопла с бóльшим диаметром, благодаря чему они не забиваются древесной мукой. В связи с этим было разработано устройство, которое совмещает в себе обе технологии.

«Наше устройство работает следующим образом. С помощью FDM-технологии мы печатаем саму форму изделия, используя для этого обычный водорастворимый пластик. Затем заполняем эту форму смесью из модифицированной эпоксидной смолы, которая выполняет роль связующего, и древесной муки с помощью LDM-печати. За счет того, что мы не накладываем нашу смесь слоями, а заливаем ее в уже отпечатанную форму, поверхность конечного изделия становится гладкой. После затвердевания мы ставим изделие в ультразвуковую ванну с водой, где растворяется пластик ранее напечатанной формы. В итоге у нас остается цельнолитая композиционная деталь с древесной мукой. Причем прочностные свойства у такой детали гораздо лучше, чем свойства детали, полученные при печати на FDМ-принтере, так как все напряжения распределяются по всей детали равномерно. Такое объединение двух технологий позволяет печатать даже изделиях сложной формы со сложными внутренними полостями», — объясняет Николай Евдокимов.

Постепенно добавляя в модифицированную эпоксидную смолу древесную муку, ученые определили тот максимум объема древесины, который допустимо смешать с полимером, чтобы поверхность конечного изделия получилась гладкой, не пористой. В результате испытаний им удалось добиться в составе итогового изделия наличия от 30% до 40% древесной муки. За счет высокого содержания древесной муки изделия имитируют древесину.

Разработка внедрена на одном из заводов в Петербурге, где импортные лопатки для передвижения готовой упаковки на конвейере были заменены более прочными лопатками, смоделированными и напечатанными из смеси древесной муки и полимера учеными Университета промышленных технологий и дизайна. На заводе также был проведен эксперимент: наряду с лопатками, созданными по новой технологии, были установлены лопатки, созданные по FDM-технологии. Последние оказались менее прочными и во время проведения эксперимента были сильно повреждены или сломаны. Лопатки, напечатанные по совмещенной технологии, выдержали испытание.