W jaki sposób można wykorzystać odpady organiczne, by nie zalegały na wysypisku? Odpowiedzi na to pytanie szuka zespół badaczy z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.
Jednym z priorytetów w dziedzinie ochrony środowiska jest realizacja idei gospodarki o obiegu zamkniętym. Koncepcja ta opiera się na założeniu, że ziemskie zasoby są ograniczone i dlatego należy zminimalizować wydobycie surowców, a także zmniejszyć produkcję odpadów. Środkiem do tego celu może być z kolei postępowanie według zasady 3R – reduce, reuse, recycle. Chodzi przede wszystkim o ograniczenie niepotrzebnej konsumpcji, ponowne wykorzystanie produktów, a także odzyskiwanie surowców ze śmieci. W ten sposób można nie tylko zaradzić niedoborom ziemskich zasobów, lecz również zredukować emisję gazów cieplarnianych do naszej atmosfery powodujących negatywne zmiany klimatu.
Problematyka przetwarzania odpadów organicznych, z których można pozyskać zarówno surowce do przemysłu chemicznego, jak i biopaliwa, stała się przedmiotem zainteresowania naukowców z Akademii Górniczo-Hutniczej.
W jaki sposób można odzyskać z bioodpadów cenne surowce bądź zamienić je w pożyteczne źródło energii? Dobrą alternatywą dla składowania śmieci i różnego rodzaju odpadów na wysypiskach jest np. termiczne przekształcanie, pozwalające uzyskać z nich przydatne produkty. Można tego dokonać za pomocą procesów termicznej konwersji – np. toryfikacji, hydrotermicznego uwęglania, pirolizy czy zgazowania – tłumaczy dr hab. Aneta Magdziarz, prof. AGH, z Wydziału Inżynierii Metalii i Informatyki Przemysłowej.
Kierowany przez nią zespół badaczy zajmuje się pirolizą odpadów organicznych. Piroliza (gr. pyro – ogień, lysis – rozpad) jest procesem polegającym na rozkładzie złożonych związków chemicznych na związki proste, który zachodzi w warunkach wysokiej temperatury w atmosferze beztlenowej (N2, Ar). Badania prowadzone w AGH dotyczą pirolizy odpadów pochodzenia rolniczego oraz odpadów typu drzewnego. W ramach realizacji projektu dokonano szczegółowej analizy parametrów fizykochemicznych substratów i produktów pirolizy badanych odpadów, wykorzystując szerokie spektrum zaawansowanych metod instrumentalnych. Ponadto sprawdzono także, w jaki sposób udział katalizatora wpływa na wydajność procesu oraz na jakość poszczególnych produktów. W ramach współpracy z Xi’an Jiaotong University prowadzono również badania tzw. współpirolizy drzewnej biomasy odpadowej i odpadów gumowych w warunkach krakingu katalitycznego. W efekcie uzyskano zmniejszenie stężenia fenolu w oleju pirolitycznym oraz zmniejszenie zawartości wody w produktach pirolizy.
Do projektu zaangażowano dwoje doktorantów: mgr inż. Artur Bieniek wykorzystuje metody numeryczne z zakresu komputerowej mechaniki płynów (ang. CFD – computational fluid dynamics) do obliczeń wydajności produktów pirolizy przy zmieniających się warunkach procesu: tj. temperatury, rodzaju gazu nośnego czy szybkości jego przepływu; z kolei mgr inż. Małgorzata Sieradzka wykonuje badania analizy składu gazu pirolitycznego z wykorzystaniem chromatografii gazowej.
Chromatografia gazowa jest metodą instrumentalną, która służy do analizy składu poszczególnych związków chemicznych w mieszaninie. Krótko mówiąc, mamy pewną mieszaninę gazową – dla przykładu gaz pirolityczny – i analizujemy go pod kątem zawartości i stężenia m.in. wodoru, tlenku węgla, dwutlenku węgla i węglowodorów. W celu analizy poszczególnych związków wchodzących w skład mieszaniny gazowej, są one przenoszone przez obojętny gaz nośny (np. He) do kolumny chromatograficznej, gdzie dochodzi do ich rozdziału na podstawie tzw. czasu retencji. Kolumna dobierana jest odpowiednio pod kątem analizowanych substancji. W rezultacie otrzymujemy chromatogram, będący obrazem przedstawiającym piki dla poszczególnych związków w funkcji czasu. Wyniki te porównywane są z chromatogramami otrzymanymi podczas analizy gazów wzorcowych o znanym składzie i stężeniu – tłumaczy kierowniczka projektu.
Zużyte materiały organiczne mogą zyskać drugie życie na wiele sposobów. Inną metodą ich wykorzystania jest przekształcenie w paliwo RDF (ang. Refuse Derived Fuel). Tak określa się paliwa alternatywne z wyselekcjonowanych odpadów o wysokiej wartości opałowej (14–19 MJ/kg). Tego typu źródło energii może być dobrym zamiennikiem dla konwencjonalnego paliwa kopalnego – węgla, ropy czy też gazu ziemnego. Co więcej, bioodpady są także cennym źródłem związków chemicznych, które można z powodzeniem wykorzystać do produkcji kosmetyków. Takim przykładem jest odpad z przemysłu browarniczego, czyli tzw. młóto, które jest materiałem lignocelulozowym i zawiera związki bioaktywne, w tym związki fenolowe, które cieszą się ogromnym zainteresowaniem społeczności naukowej ze względu na ich szerokie zastosowanie.
Projekt naukowców z AGH został sfinansowany z grantu w ramach programu „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza”.
źródło: AGH