Une équipe de scientifiques russes de NUST MISIS, L'Université polytechnique de Tomsk (TPU) et l'Institut de catalyse Boreskov ont suggéré une nouvelle approche pour modifier le comportement de combustion du charbon. L'ajout de sels de cuivre réduit de 3,1 fois la teneur en carbone imbrûlé dans les résidus de cendres et de 40 % la teneur en CO dans les produits de combustion gazeux, les scientifiques ont trouvé. La recherche a été publiée dans Technologie de traitement du carburant .

Selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), le charbon est la principale ressource énergétique utilisée comme combustible principal pour la production d'électricité. Selon les rapports, le charbon a fourni plus d'un tiers de la production mondiale d'électricité en 2020. Les experts estiment qu'en dépit de la politique énergétique généralement acceptée visant à réduire la part de l'utilisation du charbon et à passer aux sources d'énergie renouvelables, charbon, comme le principal type de carburant dans le monde, occupera très probablement encore une position de leader dans la production d'électricité dans les années à venir. Cependant, l'utilisation généralisée du charbon est limitée par un certain nombre de problèmes, comme la combustion incomplète du carburant et la formation concomitante de gaz toxiques. Compte tenu de cela, le développement de technologies visant à une conversion thermique du charbon plus efficace et plus respectueuse de l'environnement est une tâche prioritaire pour l'industrie de la production d'électricité à partir du charbon. L'une des solutions possibles pour améliorer le rendement de combustion du charbon est l'utilisation d'agents catalytiquement actifs, tels que les oxydes de divers métaux et leurs précurseurs (sels à base de nitrates, sulfates, acétates, et carbonates), pour intensifier le processus de combustion.

« Il est trop tôt pour renoncer au charbon. La Chine, par exemple, s'appuie sur le charbon comme principale source d'énergie pendant une grande partie du 21e siècle malgré toutes les tendances « vertes ». En Russie, le charbon représente un peu moins de 20 % du bilan énergétique du pays. Même en Grande-Bretagne, le pays qui met systématiquement en œuvre sa politique de décarbonation, la demande de charbon par les producteurs d'électricité a été enregistrée à plus de 200 000 tonnes au troisième trimestre de 2020. On peut dire sans risque de se tromper que la recherche d'additifs catalytiques pour une meilleure efficacité de combustion du charbon se poursuivra. Pour nous, la recherche a été assez fructueuse :il a été prouvé que l'utilisation des additifs proposés par notre équipe améliore considérablement l'efficacité de la combustion du charbon, surtout avec des charbons riches en cendres, " a noté Alexandre Gromov, le chef d'équipe NUST MISIS et responsable du laboratoire de catalyse MISIS.

La méthode d'activation de la combustion du charbon par les sels métalliques est basée sur l'intensification du processus de combustion et la réduction de la température de combustion. L'utilisation d'additifs à base de sel rend la combustion plus maniable, notent les chercheurs.

Dans leurs expériences, les scientifiques ont utilisé des sels de cuivre comme additifs d'activation pour améliorer la réactivité des combustibles à base de charbon à haute teneur en cendres, comme l'anthracite, également connu sous le nom de houille, et semi-coke. Les combustibles à haute teneur en cendres se caractérisent par des températures minimales d'allumage et de combustion élevées, et une faible intensité de combustion. L'introduction de sels de cuivre a entraîné une réactivité améliorée et un taux de combustion plus élevé des échantillons de combustible. Il convient également de mentionner que la teneur en carbone imbrûlé dans les résidus de cendres des échantillons modifiés était significativement inférieure à celle des échantillons de référence.

L'introduction de nitrates de cuivre, acétates et sulfates aux échantillons de carburant a été effectuée par la procédure d'humidité naissante. Des expériences d'allumage et de combustion ont ensuite été réalisées dans une chambre de combustion à des températures du milieu chauffant variant de 500 °C à 700 °C.

Le mécanisme d'activation de la combustion repose sur l'intensification de la production de produits de combustion en phase gazeuse au stade précoce de la libération de substances volatiles et la génération de micro-explosions pour empêcher la formation de couches de scories qui bloqueraient autrement l'oxygène du combustible.

Lors de l'utilisation d'additifs à base d'oxyde, le contact dynamique entre le carburant et l'additif doit être assuré, les chercheurs ont noté. L'utilisation de sels comme agent catalyseur ne nécessite pas ce type de contact, ce qui rend cette nouvelle méthode de modification du charbon potentiellement applicable dans l'industrie de l'énergie.

Les chercheurs pensent que l'utilisation d'additifs à base de sel pour augmenter l'efficacité de la combustion du charbon pourrait aider à améliorer l'efficacité énergétique dans la production d'énergie, minimiser la consommation d'énergie pour le préchauffage des équipements de production d'électricité et réduire les émissions de carbone des centrales électriques au charbon.