Czym właściwie jest bio-smoła
Podczas wysokotemperaturowej pirolizy biomasy zawsze powstaje pewien produkt uboczny, który do tej pory traktowano jako niechciany odpad. Substancja charakteryzująca się złożonym składem chemicznym, wysoką lepkością i znaczną lotnością stanowi od 10 do 20 procent całkowitej produkcji przy przetwarzaniu resztek roślinnych czy drewna. Co ciekawe, pod względem składu chemicznego bio-smoła prezentuje się całkiem imponująco. Zawiera około 60-70 procent węgla, mniej niż 1 procent popiołu, a związki aromatyczne stanowią większość jej masy. Problem w tym, iż zatyka rurociągi i stanowi realne zagrożenie dla środowiska, co do niedawna zmuszało przedsiębiorstwa do ponoszenia kosztów jej bezpiecznej utylizacji.
Czytaj też:
Kluczem do sukcesu okazała się polimeryzacja, która zmienia niebezpieczny odpad w wartościowy materiał. Szczególną rolę odgrywają tu związki tlenowe, zwłaszcza te zawierające grupy karbonylowe i pierścienie furanowe. Wśród nich na uwagę zasługuje furfural, który sprawdza się jako szczególnie efektywny środek polimeryzujący. Warunki procesu mają kolosalne znaczenie dla końcowego rezultatu. Eksperymenty pokazują, że wzrost temperatury reakcji z 200 do 500 stopni Celsjusza zmniejsza wydajność biowęgla o ponad 49 procent. Podobnie, zwiększenie szybkości nagrzewania obniża wydajność o ponad 30 procent. Inżynierowie mają kilka sposobów na kontrolowanie całego procesu. Mogą dostosowywać warunki reakcji, stosować pre-utlenianie bio-smoły, dodawać aktywatory chemiczne bądź wprowadzać domieszki heteroatomowe.
Polimeryzacja bio-smoły to nie tylko kwestia przetwarzania odpadów – stanowi nową granicę dla tworzenia zrównoważonych materiałów węglowych – wyjaśnia Yuxuan Sun
Gdzie można wykorzystać nowy materiał?
Powstały w wyniku przetworzenia biowęgiel cechuje się wyższą zawartością węgla i niższą zawartością popiołu w porównaniu z tradycyjnymi odpowiednikami. Otwiera to drogę do zaawansowanych zastosowań, które wykraczają poza możliwości zwykłego paliwa. Materiał sprawdza się jako adsorbent do oczyszczania wody i powietrza z metali ciężkich oraz CO2. Może również służyć jako komponent elektrod w superkondensatorach, katalizator w zrównoważonych reakcjach przemysłowych lub czystsze paliwo o obniżonej emisji tlenków azotu i siarki. Przykładem możliwości biowęgla są badania nad superkondensatorami. Porowaty węgiel aktywny przygotowany z bio-oleju osiągnął powierzchnię właściwą 3095 metrów kwadratowych na gram i pojemność 351 F g-1. Parametry te są porównywalne z najlepszymi materiałami dostępnymi komercyjnie.
Korzyści ekonomiczne wyglądają zachęcająco. Przetworzenie jednego kilograma bio-smoły może przynieść zysk od 1,64 dolara (około 5,97 zł) do 2,38 dolara (około 8,67 zł). W skali przemysłowej oznacza to możliwość generowania milionowych zysków z materiału, który do tej pory tworzył wyłącznie koszty.
Czytaj też:
Nasza recenzja podkreśla, jak przekształcenie bio-smoły w bio-węgiel nie tylko rozwiązuje problem techniczny dla przemysłu bioenergetycznego, ale także otwiera drzwi do produkcji zaawansowanych materiałów węglowych o wysokiej wartości ekonomicznej – podkreśla Zonglu Yao
Potencjał technologii dobrze ilustrują prognozy dotyczące Chin. Wykorzystanie biowęgla jako paliwa mogłoby tam zmniejszyć zużycie ekwiwalentu węgla o 14 procent. Szacuje się, że redukcja emisji CO2 może przynieść dodatkowe korzyści ekonomiczne w wysokości 2,4 miliarda dolarów do 2030 roku. Nie brakuje jednak wyzwań. Złożoność chemiczna bio-smoły utrudnia pełną kontrolę nad procesem polimeryzacji. Brakuje również przykładów produkcji na dużą skalę, które potwierdziłyby komercyjną opłacalność całej technologii. Naukowcy stawiają na uczenie maszynowe i symulacje komputerowe do optymalizacji procesów. Potrzebne są dalsze badania nad mechanizmami interakcji oraz oceną ryzyka związanego z toksycznością bio-smoły. Mówiąc krótko: technologia przekształcania bio-smoły w biowęgiel ma szansę stać się ważnym elementem gospodarki obiegu zamkniętego w energetyce. Zamiast generować odpady, przemysł bioenergetyczny mógłby produkować cenne surowce dla innych gałęzi gospodarki.