A körforgásos gazdaság és a fenntartható energiatermelés szempontjából egyre nagyobb jelentősége van annak, hogy a különböző szerves melléktermékek ne hulladékként, hanem értékes nyersanyagként kerüljenek hasznosításra. A világ egyik legnagyobb mennyiségben keletkező élelmiszeripari mellékterméke a kávézacc, amelyből évente több mint 10 millió tonna keletkezik világszerte.
Ennek döntő része jelenleg hulladéklerakókba vagy égetőművekbe kerül, miközben jelentős energiatartalommal rendelkezik. Egy dél-koreai kutatócsoport most olyan technológiát fejlesztett ki, amely ezt a magas nedvességtartalmú mellékterméket előzetes szárítás nélkül, mindössze 90 másodperc alatt képes bioszénné (biochar) alakítani.
A magas víztartalom eddig komoly akadályt jelentett
A kávézacc energetikai hasznosítása nem új elképzelés, a gyakorlati alkalmazását azonban eddig jelentősen korlátozta a magas nedvességtartalom. A frissen keletkező kávézacc víztartalma gyakran meghaladja az 50 százalékot, ezért a hagyományos pirolízises vagy karbonizációs technológiák előtt hosszadalmas és energiaigényes szárításra volt szükség. Ez nemcsak növelte az előállítás költségeit, hanem jelentősen rontotta a technológia gazdaságosságát is.
A Koreai Geotudományi és Ásványkincs-kutató Intézet (KIGAM) kutatói ezért olyan megoldást kerestek, amely ezt a lépést teljes egészében kiválthatja. A fejlesztést a GodTech vállalattal együttműködésben végezték, eredményeiket pedig a Chemical Engineering Journal tudományos folyóirat közölte.
Lángplazmás pirolízis: másfél perc alatt lezajlik az átalakulás
Az új módszer az úgynevezett lángplazmás pirolízis (Flame Plasma Pyrolysis – FPP) elvén működik.
Az eljárás során cseppfolyósított propángáz és sűrített levegő segítségével 800–900 Celsius-fokos plazmalángot hoznak létre. Ebbe kerül a körülbelül 55 százalék nedvességtartalmú biomassza, amelyet a rendkívül magas hőmérséklet nagyon rövid idő alatt alakít át.
A folyamat egyik különlegessége, hogy a víz nem hátráltatja, hanem segíti a reakciót.
A kávézacc energetikai hasznosítása nem új elképzelés, a gyakorlati alkalmazását azonban eddig jelentősen korlátozta a magas nedvességtartalom – Fotó: Shutterstock
A „popcornhatás” felgyorsítja a karbonizációt
Az intenzív hő hatására a biomassza szemcséiben található víz pillanatok alatt gőzzé alakul. A keletkező nyomás apró, mikroszkopikus robbanásokat idéz elő, amelyeket a kutatók szemléletesen „popcornhatásnak” neveznek. Ennek köszönhetően a szemcsék belső szerkezete felnyílik, miközben a vízgőz egyfajta aktiváló közegként gyorsítja a karbonizációt.
A folyamat eredményeként rendkívül porózus szerkezetű bioszén keletkezik, amely nemcsak energiahordozóként, hanem más ipari felhasználási területeken is értékes alapanyagnak számíthat.
Jelentősen javultak a bioszén tulajdonságai
Az optimalizált laboratóriumi kísérletek során a teljes átalakulás mindössze 90 másodperc alatt lezajlott.
A kutatók szerint:
- a kiinduló anyag tömege 83,3 százalékkal csökkent,
- a szilárd széntartalom közel háromszorosára nőtt,
- a kéntartalmú vegyületek teljesen eltűntek,
- a fajlagos felület több mint hetvenszeresére emelkedett.
Az előállított bioszén fűtőértéke elérte a 29 MJ/kg értéket, amely már megközelíti az antracitszén energiatartalmát. A folyamat további előnye, hogy minimális mennyiségű kátrány és füst keletkezik, ami kedvezőbb környezetvédelmi jellemzőket eredményezhet.
Nemcsak tüzelőanyagként lehet értékes
Legismertebb felhasználási területe a talajjavítás. Magas széntartalma és porózus szerkezete révén javíthatja a talaj vízmegtartó képességét, levegőzöttségét és hosszú távon hozzájárulhat a szén megkötéséhez is.
A most bemutatott technológia azonban az energetikai hasznosítás számára is új lehetőségeket nyithat.
A bioszén felhasználható: közvetlen tüzelőanyagként fűtési célokra, biomassza-brikettek alapanyagaként, kőszénnel együtt tüzelve (co-firing), ipari kazánokban porlasztott tüzelőanyagként, gázosítással szintézisgáz előállítására, valamint megfelelő minőség esetén a kohászati iparban a fosszilis koksz részleges kiváltására.
A mezőgazdaság számára is érdekes lehet
A kutatócsoport szerint az eljárás nem kizárólag kávézacc feldolgozására alkalmas.
Hasonló eredmények várhatók más nagy nedvességtartalmú szerves anyagok esetében is, például:
- élelmiszeripari hulladékok,
- szennyvíziszap,
- állati eredetű melléktermékek,
- zöldhulladék,
Ez utóbbi különösen érdekes lehet az agrárium számára, hiszen évente jelentős mennyiségű növényi melléktermék – például zöldség- és gyümölcshulladék, feldolgozási maradvány vagy egyéb nedves biomassza – keletkezik, amelyek energetikai hasznosítása jelenleg sok esetben nem gazdaságos.
- valamint különböző mezőgazdasági maradványok feldolgozásánál.
Gyorsabb lehet a jelenlegi technológiáknál
A kutatók összehasonlították az új eljárást a hagyományos hidrotermális karbonizációval is.
Míg a jelenleg szélesebb körben alkalmazott technológiák általában 1–6 órás kezelési időt igényelnek, addig a lángplazmás pirolízis esetében a teljes folyamat mindössze másfél perc alatt lezajlik.
Ez azt jelenti, hogy bizonyos alkalmazásokban az új módszer akár 240-szer gyorsabb is lehet.
Következő lépés az ipari méretű alkalmazás
A kutatócsoport következő célja az eljárás ipari léptékű továbbfejlesztése.
Amennyiben a laboratóriumi eredmények nagyobb kapacitás mellett is igazolhatók, a technológia decentralizált hulladékhasznosító rendszerek kialakítását is lehetővé teheti. Ez csökkentheti a szállítási költségeket, mérsékelheti az előkezelés energiaigényét, és új lehetőségeket teremthet a szerves melléktermékek helyben történő hasznosítására.
A fejlesztés jól illeszkedik ahhoz a nemzetközi törekvéshez, amely szerint a szerves hulladékokra egyre inkább másodlagos nyersanyagként és potenciális energiaforrásként tekintenek.
Forrás: vg.hu
Indexkép: pexels.com
