Fremstilling af kul fra madaffald, havestiklinger – og endda menneskeligt spildevand

Madspild, havestiklinger, gødning, og selv menneskeligt spildevand kan omdannes til fast biokul til energiproduktion, og, hvis opskaleret, kunne hjælpe med at matche den industrielle efterspørgsel efter kulstof med behovet for at komme af med organisk affald og reducere udledningen af ​​drivhusgasser.

Europa har et bioaffaldsproblem. I stedet for at bruge det kulstofrige materiale til brændstof, millioner af tons organisk affaldsmateriale bliver dumpet på lossepladsen, hvor det nedbrydes og afgiver drivhusgasser.

På samme tid, EU importerer millioner af tons kul til industriel brug og energiproduktion. Det bringer et råmateriale ind, der er underlagt sårbare forsyningskæder, bidrager til CO2-emissioner, og som EU sigter mod at mindske sin afhængighed af.

Bestræbelser på at matche disse ubalancer kunne finde en løsning i biokul-en kulstofneutral råvare fremstillet af organisk affald, der kan bruges som energikilde, industrielle råvarer eller endda som en måde at lagre kulstof på, i stedet for at udsende det til atmosfæren.

'(Biokul)teknologi kan spille en stærk rolle (på markedet), For det første fordi vi genvinder materiale af høj værdi, for det andet fordi det er hurtigt, og for det tredje … fordi det kan undgå CO ₂ emissioner, " sagde Marisa Hernandez Latorre, grundlægger og administrerende direktør for bæredygtig teknologivirksomhed Ingelia, baseret i Valencia, Spanien.

En måde at fremstille kulserstatningen på er en proces kendt som hydrotermisk karbonisering (HTC), som bruger overophedet vand under tryk til at producere biokul på få timer. Det tager normalt millioner af år for fossilt kul at dannes geologisk.

"Det er virkelig en meget enkel og stabil proces, fordi det virker som en acceleration af den naturlige dannelse af kul, " sagde Hernandez Latorre.

Ingelia har udviklet en proprietær HTC-proces til tre biokulanlæg – i Spanien, Storbritannien og Belgien, med en samlet kapacitet på 8, 000 tons biokul om året. Flere afventer myndighedsgodkendelse og bør fordoble kapaciteten i løbet af de næste par år.

"HTC biokul … undgår ikke kun brugen af ​​stenkul i industrielle processer, men også emission af metan fra lossepladser, Hernandez Latorre sagde, tilføjer, at teknologien kan genvinde op til 95 % af kulstoffet fra organisk affald.

Metan er en endnu mere potent drivhusgas end kuldioxid, og en bemærkelsesværdig kilde er lossepladser. Europa efterlader hvert år millioner af tons bioaffald på lossepladser, og selv hvor steder har metanopsamlingssystemer, en væsentlig del af gassen kan undslippe.

Trykkoger

Der er udviklet flere forskellige HTC metoder, men processen fungerer generelt på linje med en trykkoger, selvom ingredienserne spænder fra rester fra mad- eller drikkevareforarbejdning, landbrugsaffald, udsmid fra skovindustrien, såsom træflis og savsmuld, til majskolber og spildevand.

Bioaffaldet anbringes i en enhed kendt som en reaktor, ved temperaturer fra 180 ° C-250 ° C under tryk i størrelsesordenen 2 megapascal (MPa) eller 20 atmosfærer. Det betyder, at vandet i systemet er overophedet, snarere end omdannet til damp.

Reaktoren omdanner de faste stoffer i det organiske materiale til hårdt biokul - også kendt som hydrochar - mens væskerne kan opsamles separat og bruges som biogødning, og eventuelle gasser, der afgives, opfanges og bruges til at drive systemet.

Biokullet har lignende egenskaber uanset det anvendte bioaffald, selvom forskellige råmaterialer påvirker kvaliteten ved at bestemme askeindholdet. Forholdene i reaktoren ødelægger patogener, og de resulterende produkter er sterile. Kulslammet kan også forarbejdes til at fjerne sten eller skår af glas eller metal, før de komprimeres til briketter eller pellets.

Ingelias grundlæggende HTC-proces kan bruge madspild, for eksempel, at producere biokul svarende til fossilt brunkul, omfattende ca. 60% kulstof. Denne hydrochar kan derefter gennemgå ekstra trin for at fremstille "designer" biokul af højere værdi, fjernelse af aske og flygtige stoffer for at sikre et kulstofindhold på op til 90 % – i stand til at konkurrere med stenkul af højeste kvalitet.

"Vi kan bruge (videre behandling) til at skræddersy det endelige produkt, at genvinde fra biomaterialet præcis, hvad de har brug for til de industrielle processer, i en cirkulær økonomi (system), " sagde Hernandez Latorre.

Drivhusgasser

Hernandez Latorre siger, at intern Ingelia-forskning viser, at mellem 6,5 og 8,3 tons CO2 ₂ ækvivalenter undgås pr. ton produceret HTC biokul, sammenlignet med en lossepladsoperation med eller uden et metan-genvindingssystem.

Hun siger, at biokul kan have en markedsværdi på €170 pr. ton for det mest basale hydrochar, til mere end 400 EUR pr. ton for biokul af højeste kvalitet med det højeste kulstofindhold, afhængig af dens tilsigtede anvendelse.

Ingelia har kombineret sine resultater fra flere forskningsprojekter i sin HTC-proces og retter sin teknologi mod industrier, der er afhængige af kul, spildevandsbehandling, som skal håndtere organisk affald, og energiproducenter, der bevæger sig væk fra kulfyret elproduktion til vedvarende energi.

Med faldet i kulpriserne og efterspørgslen i den økonomiske afmatning forårsaget af COVID-19-pandemien, det kan tage tid for biokul at fortrænge fossile brændstoffer i industrien verden over. Men det tilbyder én løsning for dem, der er forpligtet til at håndtere organisk affald og opfylde EU's plan om at blive CO2-neutral i 2050.

Hernandez Latorre, der den 12. juni blev kåret til EU's Mission Innovation Champion for sit arbejde inden for ren energiforskning, ser det spille en stadig vigtigere rolle i de næste 10-15 år.

"Markedet er virkelig parat til at acceptere eller implementere nye teknologier, det eneste er, at de skal være tilstrækkeligt udviklede i skala, " tilføjede hun.

Industrier har brug for tilstrækkelig markedstilgængelighed af biokul til at planlægge forud for substitution af fossile brændstoffer. Og investorer vil være sikre på, at de vil have nok bioaffald til at behandle – og engagement fra brugerne til at tage deres produkter – før de investerer i sofistikerede HTC-enheder, der kan koste hundredtusindvis eller endda millioner af euro.

Lavteknologisk

Disse etableringsomkostninger er uoverkommelige i mange udviklingslande, selvom bioaffald udgør et problem på verdensplan.

Men en lavpris, lavteknologisk version, der bruger menneskelig afføring til at lave biokul og gødning, kunne give en dobbelt fordel for steder, hvor folk mangler sanitære faciliteter, sagde den sydkoreanske forsker Dr. Jae Wook Chung.

Han ser potentiale til både at generere indkomst til lokalsamfund og løse deres miljø- og sundhedsproblemer forårsaget af ubehandlet ekskrementer, citerer WHO anslår, at 673 millioner mennesker skal have afføring i det fri – på gaden, bag buske eller ud i åbent vand.

Forskning har vist, at HTC -reaktorer kan laves for mindre end 20 €, 000, men Dr. Chung sigter efter at bruge et projekt kaldet FEET til at udvikle en endnu enklere, billigere model, der kan bruges i fattige, højdensitetssamfund såsom Kibera-slummen i Kenyas hovedstad Nairobi.

Han forestiller sig et system på størrelse med en olietønde, lavet med rør af rustfrit stål, der fås som byggeforsyning i mange udviklingslande. Og han vil overvåge temperatur og tryk uden for reaktoren, undgå dyre sonder.

Dr. Chung vil også fokusere på måder at sikre en bæredygtig forsyning af affald til forarbejdning - måske gennem organiseret tømning af grubelatriner eller bærbare toiletter - og for at demonstrere de økonomiske fordele ved biokul og flydende gødning.

Han ser det at gøre et sanitetssystem rentabelt for samfundet som nøglen til at gøre det bæredygtigt, og at stille toiletter til rådighed i regioner, der i øjeblikket mangler dem.

"(Den) økonomiske fordel vil også hjælpe dem, der har en kulturel barriere for at bruge konventionelle toiletter, med at bevæge sig væk fra åben afføring, " han sagde.