Бытовые духовки обычно работают на электричестве — вторичном энергоресурсе, требующем затрат первичных источников вроде угля, нефти и газа, но существует ли технология, позволяющая преобразовывать природный газ в тепло без горения, чтобы печь могла готовить без электросети?
На днях Институт физической обработки пищевых продуктов Цзянсуского университета и одна из электробытовых корпораций начали активное сотрудничество по разработке духовки, не требующей электричества, в основе которого лежат созданные научной группой технология и оборудование для каталитического инфракрасного нагрева на газовом топливе.
Профессор Ма Хайлэ из Института физической обработки пищевых продуктов Цзянсуского университета сообщил, что новая технология позволяет напрямую преобразовывать природный газ в инфракрасное излучение, минуя стадию выработки электроэнергии, что обеспечивает примерно 50%-ную экономию энергии по сравнению с электрическими инфракрасными технологиями, сочетая преимущества высокой эффективности, экологичности и низкой себестоимости.
Новая форма преобразования тепловой энергии
Природный газ, являясь одним из трёх видов ископаемого топлива с наименьшими выбросами углерода, стал объектом международных исследований по максимизации его эффективности, среди которых особое внимание уделяется новому способу преобразования тепловой энергии – превращению газа в инфракрасное излучение.
Профессор Ма Хайлэ пояснил, что традиционные инфракрасные установки, работающие на электроэнергии, отличаются высоким энергопотреблением и значительными углеродными выбросами, тогда как принцип каталитической газовой инфракрасной технологии основан на преобразовании газа и кислорода из воздуха в углекислый газ и воду без процесса горения благодаря каталитическому действию драгоценных металлов с одновременным выделением инфракрасного излучения, при этом ключевой компонент технологии – излучатель – долгое время разрабатывался и производился исключительно компаниями из Европы и Америки, пока в 2016 году научная группа профессора Ма Хайлэ не создала первый в Китае каталитический газовый инфракрасный излучатель.
В ходе более чем 10-летних исследований, направленных на повышение эффективности теплопреобразования, снижение температурного градиента нагревательных панелей и улучшение характеристик каталитических материалов, научная группа добилась прорыва, что было подтверждено в 2021 году экспертной комиссией Китайской ассоциации легкой промышленности, отметившей, что данная технология ознаменовала прорыв от "нуля до единицы" в данной области в Китае, преодолев технологическую блокаду зарубежных передовых разработок, ликвидировав зависимость от импорта иностранной продукции, при этом ключевые показатели, такие как температура поверхности, равномерность нагрева и плотность мощности, соответствуют стандартам передовых западных аналогов.
После создания излучателя научная группа приступила к разработке соответствующего оборудования, и, как пояснил Ма Хайлэ, на основе самостоятельно разработанных каталитических инфракрасных излучателей им удалось создать четыре серии газовых каталитических инфракрасных нагревательных установок: конвейерного, барабанного, камерного и сканирующего типов.
Научная группа также инициировала разработку и публикацию первого в Китае отраслевого стандарта для газовых каталитических инфракрасных установок, параллельно ведя работу над двумя национальными стандартами легкой промышленности для каталитических инфракрасных излучателей и сушильных камер, которые в настоящее время находятся в стадии подготовки.
Снижение энергопотребления более чем на 50%
Зарубежные технологии каталитического инфракрасного нагрева на газе в основном применяются в лакокрасочной промышленности для сушки покрытий, однако научная группа профессора Ма Хайлэ, обладая многолетним опытом разработки оборудования для пищевой переработки, на основе созданных ими технологий и стандартов обнаружила огромный потенциал применения данной технологии на внутреннем промышленном рынке Китая.
В настоящее время научная группа активизирует внедрение и коммерциализацию своих разработок, успешно применяя газовую каталитическую инфракрасную технологию в семи областях, включая сушку лакокрасочных покрытий, кожевенных материалов, отверждение сердечников и пищевых продуктов, наладив сотрудничество с 20 предприятиями, такими как CIMC и CNOOC, введя в эксплуатацию 184 единицы каталитических инфракрасных производственных линий и оборудования, что принесло значительную экономическую и социальную отдачу.
Реклама
При переработке яблок в чипсы ключевым аспектом технологии является предотвращение окислительного потемнения. Недавно научная группа профессора Ма Хайлэ применила разработанное каталитическое инфракрасное оборудование на практике в кооперативе "Шэньин" уезда Пинлу (провинция Шаньси).
"Традиционный метод предполагает использование химических антиокислителей для деактивации ферментов, вызывающих потемнение. Наше оборудование не только заменяет химические реагенты, но и частично выполняет функцию сушки", - пояснил Ма Хайлэ.
Сухая ферментная деактивация радикально решает проблемы традиционной химической обработки - серьезного загрязнения воды и низкой пищевой безопасности, одновременно значительно снижая энергозатраты при сушке яблочных чипсов методом взрывной вакуумной сушки.
С развитием технологий каталитический инфракрасный нагрев на газе нашел применение в различных отраслях, значительно повысив их энергоэффективность: испытания показали, что в лакокрасочной промышленности технология обеспечивает 50%-ную экономию энергии по сравнению с электрическим инфракрасным нагревом; при обогреве редукционных клапанов фонтанной арматуры газовых скважин — снижение энергозатрат на 90% в сравнении с дизель-генераторами; в кожевенном производстве метод каталитического инфракрасного отверждения позволяет сократить занимаемую оборудованием площадь на 50% и уменьшить расход газа на 61,3% относительно традиционных технологий.
Профессор Ма Хайлэ отметил: "В Китае насчитывается более 5000 кожевенных заводов, большинство из которых относятся к энергоёмким и высокозагрязняющим предприятиям, тогда как в пищевой переработке термическая обработка остаётся основным методом производства — без решения проблемы энергопотребления невозможно снизить себестоимость, и именно эти направления представляют ключевые сферы для внедрения каталитической инфракрасной технологии".
