Що можна зробити з бурого вугілля, крім того, щоб спалити його? Українські вчені пропонують несподівану відповідь: очищати ним воду, допомагати відновлювати ґрунти, модифікувати дорожній бітум і створювати нові полімерні матеріали. Саме такий підхід до бурого вугілля, або лігніту, досліджують науковці Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» та Національного університету «Львівська політехніка». За словами фахівців, головна ідея полягає у максимально глибокій переробці бурого вугілля. Тобто замість схеми «видобули – спалили – отримали тепло» науковці пропонують іншу: «дослідили – розділили –переробили – отримали кілька корисних продуктів». Результати їхньої роботи систематизовано в монографії «Валоризація використання бурого вугілля в «зелених» непаливних і паливних технологіях».
В Україні є значний ресурс бурого вугілля. Балансові запаси оцінюють приблизно у 2,9 млрд тонн. Значні поклади пов’язані з Дніпропетровською, Кіровоградською та Харківською областями, родовища відомі також в інших регіонах. Але великі запаси не означають необхідності повертатися до масштабного видобутку та спалювання вугілля. Навпаки, сучасний підхід передбачає спочатку з’ясувати, що саме містить конкретна сировина і як використати її з найбільшою користю та найменшим впливом на довкілля. Для енергетики буре вугілля має очевидні недоліки. Воно містить багато вологи, має порівняно невисоку теплоту згоряння, може містити значну кількість мінеральних домішок і сірки. А транспортувати таку сировину на великі відстані часто економічно недоцільно. Проте те, що є недоліком для енергетики, може виявитися перевагою для хімічної переробки. У лігніті зберігається значна кількість функціональних груп і гумінових речовин – складних природних органічних сполук, які можна вилучати, модифікувати та використовувати для створення нових матеріалів.
За результатами досліджень, у деяких українських зразках потенційний вихід гумінових кислот становить від приблизно третини до майже половини маси аналітичної проби. Тобто те, що енергетики могли б назвати низькосортним паливом, хіміки бачать інакше –як концентрат природних органічних компонентів, з якого можна отримувати продукцію з більшою доданою вартістю. Саме ця зміна погляду на сировину є основою досліджень учених Навчально-наукового інституту хімічних технологій та інженерії НТУ «ХПІ»: професора кафедри технології пластичних мас і біологічно активних полімерів Володимира Лебедєва, завідувача кафедри технології переробки нафти, газу та твердого палива, професора Дениса Мирошниченка, та професора «Львівської політехніки» Сергія Пиш’єва. За словами фахівців, головна ідея полягає у максимально глибокій переробці сировини. Тобто замість схеми «видобули – спалили – отримали тепло» науковці пропонують іншу: «дослідили – розділили –переробили – отримали кілька корисних продуктів». Замість того щоб перетворювати весь ресурс на тепло й викиди, науковці пропонують спочатку розділити його на складові та максимально використати кожну з них.
Від вугілля – до чистої води
Один із найбільш наочних напрямів досліджень – створення сорбентів для очищення води від важких металів. Механізм можна пояснити просто: гумінові речовини мають активні центри, здатні зв’язувати іони металів. Після спеціальної обробки буре вугілля перетворюється на матеріал, який працює як своєрідна «молекулярна пастка». У лабораторних дослідах отримані сорбенти поглинали до 58 мг міді, 49 мг свинцю та 42 мг кадмію на грам матеріалу. У досліджуваних умовах це було на 25–30% більше, ніж у традиційних матеріалів, з якими проводили порівняння. Ще вищі показники продемонстрували композити гумінових кислот із наночастинками заліза. У лабораторних умовах вони забезпечували вилучення до 97,5% важких металів приблизно за 30 хвилин. Поки це результати лабораторних досліджень, тому до практичного застосування технології ще потрібні випробування на реальних стоках, перевірка можливості регенерації сорбенту та оцінка безпеки відпрацьованого матеріалу. Але сама ідея особливо актуальна для України, де очищення води та відновлення промислових територій є важливими завданнями.
Не лише вода: гумінові речовини можуть працювати і з ґрунтом
Ще один напрям – використання отриманих із бурого вугілля гумінових речовин і гуматів у ґрунтах. Такі сполуки можуть впливати на здатність ґрунту утримувати вологу та поживні елементи, підтримувати його структуру й сприяти розвитку рослин.Цікаво, що вчені розглядають можливість поєднання гуматів із продуктами переробки сільськогосподарських відходів. Таким чином, в одну технологічну систему можна залучити одразу два ресурси, які часто недооцінюють, – буре вугілля та рослинну біомасу. Потенційно такі матеріали можуть бути корисними для відновлення виснажених або пошкоджених земель. Водночас науковці наголошують: гумінові препарати не можуть замінити аналіз ґрунту, очищення від небезпечних забруднювачів чи правильну агротехніку.
А що, як додати «вугілля» до дороги?
Ще один неочікуваний напрям – дорожнє будівництво. Гумінові кислоти досліджували як добавку до бітуму. За результатами експериментів, введення приблизно 2% гумінових кислот за температури близько 120 °C може підвищувати теплостійкість бітуму та сповільнювати його старіння. Ми знаємо, що чим довше служить дорожнє покриття, тим рідше його потрібно ремонтувати. А це означає менші витрати бітуму, кам’яних матеріалів, пального та енергії. Є й інший цікавий приклад. Під час певних процесів переробки лігніту утворюється смола. Замість того щоб розглядати її лише як відхід, науковці пропонують використовувати її як компонент для модифікації бітумів. Побічний продукт одного процесу стає сировиною для іншого – саме такий принцип лежить в основі циркулярної економіки.
Від бурого вугілля — до біодеградабельних матеріалів
Мабуть, найбільш несподівано звучить ще один напрям досліджень – полімерні матеріали. Гумінові речовини вчені випробовують у композиціях із желатином, полівініловим спиртом, похідними целюлози та полілактидом. На практиці такі матеріали можуть мати форму плівок, пакетів, контейнерів, гідрогелів та інших виробів. У дослідженнях вивчається можливість створення матеріалів, які поєднували б необхідні експлуатаційні властивості з потенційно меншою тривалістю існування у довкіллі після використання. Втім, тут особливо важливо не випереджати науку: напис «біодеградабельний» сам по собі ще нічого не гарантує. Необхідно довести, за яких умов, за який час і на які безпечні компоненти матеріал розкладається. Окремо досліджуються гумін-полімерні гідрогелі медичного призначення. Для їхнього практичного використання потрібні додаткові випробування, зокрема щодо міцності, стабільності, біосумісності та безпеки.
Чи можна назвати це «зеленою» технологією?
Тут виникає принципове питання: як викопна сировина може мати «зелене» майбутнє? Відповідь учених полягає не в тому, щоб зробити видобуток вугілля екологічним на словах. Ідея в іншому – змінити спосіб використання ресурсу. Якщо буре вугілля просто спалюють, його органічна частина перетворюється переважно на тепло та викиди. Якщо ж його компоненти вилучають і використовують для виробництва сорбентів, матеріалів чи хімічної продукції, можна отримати більшу додану вартість із тієї самої сировини. Але остаточно назвати технологію «зеленою» можна лише після оцінки всього її життєвого циклу: від видобутку й транспортування до використання енергії та реагентів, утворення відходів і утилізації готового продукту. Саме тому перспективним може бути використання вже порушених територій, відвалів або сировини, яку економічно недоцільно перевозити на великі відстані.
Чому це важливо саме для України?
Для України така концепція має ще один вимір. Після війни країні знадобляться технології очищення води, відновлення земель, ремонт і будівництво доріг, переробка відходів та розвиток власного виробництва матеріалів. У цьому контексті буре вугілля можна розглядати не як повернення до «вугільної епохи», а як одне з потенційних джерел хімічної сировини для локальних виробництв. Причому перевозити на великі відстані вологий лігніт економічно невигідно. Натомість можна переробляти його ближче до родовища, а транспортувати вже концентровані продукти з більшою доданою вартістю. У результаті одна сировина потенційно може стати основою для цілої лінійки продуктів – від сорбентів для водоочищення до матеріалів для будівництва та полімерних композицій. І саме в цьому полягає головна ідея українських дослідників: не просто знайти нове застосування бурому вугіллю, а навчитися використовувати його максимально повно. Не «видобути й спалити», а «дослідити, розділити, перетворити й використати».
Довідка:
Монографія: Пиш’єв С. В., Мірошниченко Д. В., Лебедєв В. В. «Валоризація використання бурого вугілля в “зелених” непаливних і паливних технологіях». Львів: СПОЛОМ, 2025. 340 с. Монографія в репозитарії НТУ «ХПІ».