Кинетика сушки, энергопотребление, экономический и экологический анализ сушки кожуры граната в гибридной солнечной сушилке по сравнению с печной сушилкой

Преобразование фруктовых отходов в полезное сокровище

Гранатовый сок популярен во всем мире, но почти половина каждого плода — главным образом кожура — обычно оказывается отходами. При этом кожура богата природными соединениями, которые можно использовать в пищевой промышленности, медицине и косметике. Вопрос в том, как высушить её безопасно и дешево, не тратя электричество впустую и не нанося вреда окружающей среде. В этом исследовании рассматривается разумный подход с использованием солнечной энергии: сравнивают новую гибридную солнечную сушилку с обычной электрической печью, чтобы выяснить, какой способ сушит кожуру граната лучше, дешевле и с меньшим углеродным следом.

Более разумное использование солнечного света

В центре работы — гибридная косвенная солнечная сушилка, шкафного типа, где солнечный свет является главным источником тепла, а также присутствуют небольшой электрический нагреватель и вентиляторы для резервного питания и управления. Солнечный свет нагревает воздух в плоском металлическом коллекторе; вентиляторы подают этот тёплый воздух в теплоизолированную сушильную камеру, где кожура граната располагается тонким слоем на вращающихся поддонах для равномерного обдува. Блок управления поддерживает заданные температуру и влажность воздуха, так что процесс остаётся стабильным даже при переменах погоды. Исследователи испытали три температуры сушки — 50, 60 и 70 °C — и три толщины слоя кожуры — 1, 2 и 3 см — затем сравнили результаты с традиционной электрической печью при тех же условиях температуры и толщины.

Как быстро кожура теряет влагу

Свежая кожура граната содержит очень много влаги — примерно три четверти массы — и в обоих устройствах её удавалось снизить до очень сухого конечного состояния около 2–3% воды, что достаточно для безопасного хранения и последующей переработки. Как и ожидалось, более высокие температуры сушки ускоряли удаление влаги, а более толстые слои в целом демонстрировали более высокие мгновенные скорости сушки, поскольку в них содержалось больше воды. В обеих системах скорость сушки достигала пика на ранней стадии — когда свободная вода легко испаряется — а затем снижалась по мере высыхания и необходимости перемещать воду из более глубоких слоёв ткани. При 70 °C и толщине 3 см гибридная солнечная сушилка достигла пиковой скорости сушки около 196 килограммов воды, удаляемой на килограмм сухого вещества в час, немного опередив печь при схожих условиях.

Снижение потребления электроэнергии и выбросов углерода

Несмотря на то что обе системы давали сопоставимо сухую кожуру, их энергопотребление существенно отличалось. Традиционная печь полностью работала от электричества, тогда как гибридная солнечная сушилка использовала сочетание солнечного тепла и меньшего количества электрической подзарядки. В результате солнечная система сократила потребление электроэнергии примерно на две трети — до трех четвертей по сравнению с печью, в зависимости от температуры и толщины слоя. Например, в самом требовательном режиме (50 °C и слой 1 см) печь расходовала около 7769 ватт на килограмм кожуры, тогда как гибридная сушилка использовала только около 2116 ватт на килограмм. На этапе изготовления солнечной сушилки было заложено примерно 1270 киловатт-часов «вложенной» энергии, но ежегодная эксплуатация позволяла избежать такого объёма электроэнергии на основе ископаемого топлива, что срок окупаемости энергии составил всего около 2,4–6,3 года — значительно меньше предполагаемого срока службы в 30 лет. Это эквивалентно примерно 75,5 тоннам сокращённых выбросов диоксида углерода и нескольким сотням до более чем двух тысяч долларов США потенциальной стоимости углеродных кредитов за весь срок службы.

Учёт расходов для фермеров и промышленности

Команда также проанализировала денежные затраты, а не только энергетику. Гибридная сушилка специально выполнена просто: деревянная рама, базовая теплоизоляция, стандартный нагреватель и небольшой вентилятор — это позволяет сохранить стоимость покупки примерно на уровне 200 долларов США, что намного ниже многих промышленных сушилок. Когда учли инвестиции, обслуживание и электроэнергию, оказалось, что сушка кожуры граната в солнечной сушилке может стоить всего около 144,5 долларов США за тонну, особенно при работе при 70 °C и толщине слоя 1 см. Такой режим сушит быстро, что позволяет перерабатывать больше тонн кожуры в год и распределять фиксированные расходы на больший объём продукции. Во многих случаях эксплуатационные затраты гибридной сушилки на тонну оказывались ниже, чем у печи, при одновременном снижении потребления сетевой электроэнергии.

Почему это важно в повседневной жизни

Для неспециалиста вывод прост: вместо того чтобы выбрасывать кожуру граната, её можно эффективно сушить на солнце и превращать в ингредиенты для более здоровых продуктов питания, пищевых добавок и косметики. Исследование показывает, что относительно недорогая гибридная солнечная сушилка обеспечивает хорошую эффективность сушки, значительно сокращает потребление электроэнергии и уменьшает выбросы парниковых газов по сравнению с обычной печью. Благодаря короткому энергетическому сроку окупаемости и более низким эксплуатационным расходам такие системы могут помочь фермерам, мелким переработчикам и сельским сообществам добавлять ценность сельскохозяйственным «отходам», повышать доходы и одновременно поддерживать климатически более разумное производство продуктов питания.

Цитирование: Metwally, K.A., Khater, ES.G., Bahnasawy, A.H. et al. Drying kinetics, power consumption, economic and environmental analysis of pomegranate peels drying using a hybrid solar dryer compared with oven dryer. Sci Rep 16, 7395 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-22464-7

Ключевые слова: солнечная сушка, кожура граната, восстановление пищевых отходов, возобновляемая энергия, гибридная сушилка