ТЕРМОХІМІЧНА УТИЛІЗАЦІЯ ВІДХОДІВ ВУГЛЕВИДОБУТКУ: ВИКЛИКИ ТА ТЕХНОЛОГІЧНІ МОЖЛИВОСТІ
DOI:
https://doi.org/10.32782/3041-2080/2026-6-26Ключові слова:
відходи вуглевидобутку, комплекс з переробки відходів, газифікація, зольність, генераторний газ, теплотворна здатністьАнотація
У роботі досліджено актуальну науково-прикладну проблему термохімічної утилізації відходів вуглевидобутку в умовах зростання обсягів їх накопичення та посилення екологічних ризиків у гірничодобувних регіонах. Зазначено, що попри глобальні тенденції декарбонізації, вугілля й надалі відіграє значну роль у світовому енергетичному балансі, що зумовлює формування великих масивів техногенних відходів, зокрема породних відвалів вугільних шахт. Особливу увагу приділено газифікації як одному з найбільш перспективних напрямів термохімічної переробки високозольних відходів, здатному забезпечити зменшення їх обсягів та одержання енергетично цінних газоподібних продуктів. Метою дослідження є встановлення закономірностей впливу зольності відходів вуглевидобутку на вихід та компонентний склад горючих складників генераторного газу. Для цього проби відходів з породного відвалу подрібнювали до однорідного гранулометричного складу та піддавали експериментальному визначенню зольності методом повільного озолення. Термохімічну утилізацію відходів досліджували на експериментально-промисловому комплексі, що реалізує поєднання процесів низькотемпературного піролізу та подальшої газифікації твердого залишку з поданням водяної пари, унаслідок чого отримували генераторний газ, склад якого аналізували за основними компонентами. Визначено, що зольність досліджуваних відходів перебуває у межах 70,3–92,1 %, що істотно впливає на її реакційну здатність в умовах газифікації. Установлено, що зі зростанням зольності відходів концентрація горючих компонентів CO, H2 і CH4 у складі генераторного газу зменшується за експоненціальними залежностями, при цьому його теплотворна здатність знижується з 3,46 до 1,21 МДж/м3. Отримані результати підтверджують доцільність урахування зольності як ключового параметра при оптимізації режимів газифікації відходів вуглевидобутку та свідчать про перспективність термохімічної утилізації як складника формування циркулярних виробничих циклів у вугільній галузі.
Посилання
International Energy Agency. Global coal consumption, 2000–2026. 2025. URL: https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/global-coal-consumption-2000-2026
International Energy Agency. World Energy Outlook 2023. Paris : IEA. 2023. URL: https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2023
Organisation for Economic Co-operation and Development. OECD Economic Outlook 2022. Paris: OECD Publishing. 2022. URL: https://www.oecd.org/economic-outlook/
Bórawski P., Bełdycka-Bórawska A., Holden L. Changes in the Polish coal sector economic situation with the background of the European Union energy security and eco-efficiency policy. Energies. 2023. Vol. 16, No. 2. Р. 726. https://doi.org/10.3390/en16020726
European Commission. Coal regions in transition. 2020. URL: https://energy.ec.europa.eu/topics/cleanenergy-transition/eu-coal-regions-transition_en
Uyanik S., Dogerlioglu Isiksungur O. How realistic are coal phase-out timeline targets for Turkey? Sustainability. 2024. Vol. 16, No. 4. 1649. https://doi.org/10.3390/su16041649
Araujo F. S. M. et al. Recycling and reuse of mine tailings: A review. Geosciences. 2022. Vol. 12, No. 9. 319. https://doi.org/10.3390/geosciences12090319
Janáková I. Utilisation of mining waste. Sustainability and Mining Waste Journal. 2025. Vol. 1, No. 1. P. 35. https://doi.org/10.3390/2673-4591/116/1/35
Petlovanyi M.V., Medianyk V.Y. Assessment of coal mine waste dumps development priority. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2018. No. 4. Р. 28–35. https://doi.org/10.29202/nvngu/2018-4/3
Kostenko V., Bohomaz O., Hlushko I., Liashok N., Kostenko T. Use of solid mining waste to improve water retention capacity of loamy soils. Mining of Mineral Deposits. 2023. Vol. 17, No. 4. P. 29–34. https://doi.org/10.33271/mining17.04.029
Zubov A., Zubov A., Zubova L. Ecological hazard, typology, morphometry and quantity of waste dumps of coal mines in Ukraine. Ecological Questions. 2023. Vol. 34, No. 4. Р. 1–19. https://doi.org/10.12775/EQ.2023.042
Nádudvari Á. et al. Organic minerals in a self-heating coal-waste dump in Upper Silesia, Poland: Structure, formation pathways and environmental issues. International Journal of Coal Geology. 2024. Vol. 281. 104403. https://doi.org/10.1016/j.coal.2023.104403
Чоботько І. Обґрунтування способів та методів усунення самозаймання відходів гірничого виробництва. Вісті Донецького гірничого інституту. 2022. № 1(50). С. 166–171. https://doi.org/10.31474/1999-981x-2022-1-166-171
Jiao Y. et al. A review of acid mine drainage: Formation mechanism, treatment technology, typical engineering cases and resource utilization. Process Safety and Environmental Protection. 2023. Vol. 170. P. 1240–1260. https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.12.083
Wang G., Ma L., Liu Y. Characteristics and health impacts of dust pollution in open-pit coal mining areas. Atmosphere. 2024. Vol. 15, No 12. 1408. https://doi.org/10.3390/atmos15121408
Szymankiewicz K. et al. Parameterization of dust emissions from heaps and excavations based on measurement results and mathematical modelling. Remote Sensing. 2024. Vol. 16, No. 13. 2447. https://doi.org/10.3390/rs16132447
Makwana J. et al. An analysis of waste/biomass gasification producing hydrogen-rich syngas: A review. International Journal of Thermofluids. 2023. Vol. 20. 100492. https://doi.org/10.1016/j.ijft.2023.100492
Li G. A review of recent advances in biomass-derived porous carbon materials for clean energy and environmental applications. Porous Materials. 2025. Vol. 11, No. 4. P. 92. https://www.mdpi.com/2311-5629/11/4/92
Devi R. et al. Recent advancement in biomass-derived activated carbon for wastewater treatment, energy storage, and gas purification: A review. Journal of Materials Science. 2023. Vol. 58, No. 30. P. 1–24. https://doi.org/10.1007/s10853-023-08773-0
Antony Jose S. et al. Promoting a circular economy in mining practices. Sustainability. 2024. Vol. 16, No. 24. 11016. https://doi.org/10.3390/su162411016
European Commission. A new circular economy action plan: For a cleaner and more competitive Europe. 2020. URL: https://environment.ec.europa.eu/strategy/circular-economy_en
Geng Y., Fu J., Sarkis J., Xue B. Towards a national circular economy indicator system in China. Journal of Cleaner Production. 2012. Vol. 23, No. 1. P. 216–224. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2011.07.005
Li J. et al. Thermochemical conversion of solid waste and coal blends for syngas production: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021. Vol. 136. 110412. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110412
Jha S. et al. A review of thermochemical conversion of waste biomass to biofuels. Energies. 2022. Vol. 15, No. 17. 6352. https://doi.org/10.3390/en15176352
Onifade M., Genc B. Spontaneous combustion liability of coal and coal-shale: A review of prediction methods. International Journal of Coal Science & Technology. 2019. Vol. 6, No. 2. P. 151–168. https://doi.org/10.1007/s40789-019-0242-9
Nguyen P. M. V. A review of the impact of spontaneous combustion on slope stability in coal mine waste dumps. Applied Sciences. 2025. Vol. 15, No. 13. 7138. https://www.mdpi.com/2076-3417/15/13/7138
Izak P. et al. Utilisation of mining waste for production of ceramic tiles Applied Sciences. 2025. Vol. 15, No. 7. 3957. https://doi.org/10.3390/app15073957
Miao H. et al. Effects of Na₂CO₃/Na₂SO₄ on catalytic gasification reactivity and mineral structure of coal gangue. Energy. 2022. Vol. 255. 124498. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124498
Lysyi N. et al. Thermodynamic research of coal mining waste gasification processes. Mining of Mineral Deposits. 2025. Vol. 19, No. 3. P. 132–143. https://doi.org/10.33271/mining19.03.132
Dychkovskyi R. et al. Control of contour evolution, burn rate variation, and reaction channel formation in coal gasification. Scientific Reports. 2025. Vol. 15, No. 1. https://doi.org/10.1038/s41598-025-93611-3
Wang B. et al. Study on co-pyrolysis of coal and biomass and process simulation optimization. 2023. https://doi.org/10.20944/preprints202307.1939.v1
Ungureanu N. Municipal solid waste gasification: Technologies, process readiness and integration within circular economy frameworks. Sustainability. 2025. Vol. 17, No. 15. 6704. URL: https://www.mdpi.com/2071-1050/17/15/6704
Ban Y. et al. The catalytic effect of calcium and potassium on CO₂ gasification of Shengli lignite. Royal Society Open Science. 2018. Vol. 5, No. 9. 180717. https://doi.org/10.1098/rsos.180717
Proto A. R. et al. Energetic characteristics of syngas obtained from gasification of hazelnut prunings. Procedia – Social and Behavioral Sciences. 2016. Vol. 223. P. 835–840. https://doi.org/10.1016/j.sbspro.2016.05.288
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
