Europos miestai į atmosferą išmeta didžiulius kiekius šiltnamio efektą sukeliančių dujų. Dvi esminės miesto paslaugos – atliekų deginimas ir nuotekų valymas – yra vienos didžiausių savivaldybių CO2 išmetimo šaltinių ES.
Šios sistemos yra gyvybiškai svarbios visuomenės sveikatai ir miesto gyvenimui, tačiau jos išskiria teršalus, kuriuos sunku visiškai pašalinti. Bet kas, jeigu to CO2 nereikėtų švaistyti?
Tarptautinei tyrėjų grupei miestų anglies tarša suteikia galimybių. Kartu dirbdami ES finansuojamoje „WaterProof“ iniciatyvoje, jie kuria būdą, kaip surinkti CO2 iš šių procesų ir paversti jį skruzdžių rūgštimi – paprasta, labai universalia chemine medžiaga, naudojama daugelyje pramonės šakų.
Tai galėtų leisti, kad atliekų deginimo krosnių ir nuotekų išmetamosios dujos būtų paverstos valymo priemonėmis po mūsų kriaukle arba net mūsų batų oda.
Problemos pavertimas ištekliais
Pastangos kovoti su klimato kaita daugiausia sutelktos į atsinaujinančiąją energiją, elektrifikaciją ir efektyvesnį naudojimą. Tačiau kai kuriuos šaltinius vis dar atkakliai sunku pašalinti.
„Kai kuriuos teršalus sunku sustabdyti“, – teigė Annelie Jongerius, elektrochemikė ir programos vadovė Nyderlandų chemijos įmonėje „Avantium“, kuri koordinuoja tyrimus.
Vienas iš variantų – surinkti CO2 ir jį saugoti po žeme. Tačiau „WaterProof“ komanda ieško žiediškesnės alternatyvos: išlaikyti anglies dioksidą naudojamą, o ne jį laikyti savyje.
„Būtų geriau, jei galėtume tai panaudoti“, – sakė Jongerius. „Kartu mums reikia alternatyvų iškastinėms žaliavoms cheminių medžiagų gamyboje.“
"
Jei iš nuotekų paimate CO2, paverčiate jį produktu ir tada naudojate tą produktą tualetui valyti, kad jis tekėtų atgal į nuotekų sistemą, sukuriate visą ciklą.
Šis iššūkis ypač akivaizdus tokiuose objektuose, kokius valdo Nyderlandų atliekų tvarkymo bendrovė HVC, valdanti du didelius atliekų deginimo įrenginius Nyderlanduose.
„Turime priimti visas atliekas, kurias pagamina visuomenė“, – teigė Janas Peteris Bornas, HVC atliekų gavimo iš energijos inovacijų vadovas. „Neturime jokių priemonių reguliuoti CO2 išmetimą, išskyrus tai, kad skatiname žmones pirkti mažiau ir perdirbti daugiau.“
HVC jau surenka dalį CO2 ir parduoda jį šiltnamių ūkininkams, kurie jį naudoja tokių augalų kaip pomidorai ir agurkai derliui padidinti. Tačiau tai tik dalinis sprendimas.
„Didžioji dalis augalams tiekiamo CO2 vėl išleidžiama per šiltnamio stogą“, – aiškino Bornas. „Mūsų teisiniu požiūriu tai yra uždelstas išmetimas. Išmetimą sumažina ūkininkas, nes jis vengia deginti dujas CO2 gamybai.“
„WaterProof“ tyrėjai siekia žengti dar vieną žingsnį, paversdami surinktą anglį naudingais produktais, kurie ilgiau išlaikytų ją be atmosferos.
Nuo CO2 iki valymo priemonių
„WaterProof“ inovacijos pagrindas – elektrocheminis procesas, kurio metu surinktas CO2 paverčiamas skruzdžių rūgštimi, naudojant atsinaujinančią elektros energiją.
„Tai vienas iš paprasčiausių konversijų, kurias galite atlikti“, – sakė Jongerius.
Specializuotoje ląstelėje reakciją varo elektros srovė, kurios metu CO2 paverčiamas skruzdžių rūgštimi. Kadangi sistema veikia su atsinaujinančia elektros energija ir iš atliekų gauta anglimi, ji sumažina priklausomybę nuo iškastinio kuro žaliavų.
Šis procesas gali pasiūlyti ir papildomų privalumų. Elektrocheminėje ląstelėje vienu metu vyksta dvi reakcijos, po vieną kiekviename elektrode. Nors „WaterProof“ komanda daugiausia dėmesio skiria CO2 pavertimui skruzdžių rūgštimi, jie taip pat tyrinėjo šios reakcijos suporavimą su antrąja reakcija, kurios metu susidaro vandenilio peroksidas ir susiję junginiai.
Šios medžiagos gali padėti suskaidyti sunkiai įveikiamus teršalus nuotekose, įskaitant vaistų ir pesticidų likučius. Tačiau ši proceso dalis vis dar yra ankstyvoje stadijoje ir nėra įgyvendinama dabartinėje demonstracinėje sistemoje.
Komanda testuoja iš CO2 gautą skruzdžių rūgštį ekologiškose valymo priemonėse, tokiose kaip tualetų ir paviršių valikliai.
„Jis veikia lygiai taip pat, kaip ir įprastai gaminama skruzdžių rūgštis“, – sakė Jongerius. „Tai ta pati molekulė.“
Be valymo, projekte nagrinėjamas CO2 išskiriamos skruzdžių rūgšties naudojimas odos rauginimui. Nors rūgštis gali būti naudojama visų tipų odai, šiuo metu komanda bendradarbiauja su Islandijos įmone „Nordic Fish Leather“, kad į rinką pateiktų ekologišką žuvų odą – tvaresnę alternatyvą tradicinei galvijų odai.
Plėtojimas siekiant realaus poveikio
Nors chemija daug žadanti, kitas iššūkis yra didinti gamybą.
Remdamasi ankstesniais ES finansuotais tyrimais, komanda šiuo metu dirba su didelio masto bandomuoju įrenginiu, kuriame sukrautos kelios elektrocheminės ląstelės, taip padidinant apdorojamo CO2 kiekį. Jei tai pasiseks, tai atvers kelią komercinio masto jėgainėms.
Modulinė konstrukcija leidžia sistemą pritaikyti skirtingoms vietoms – nuo nuotekų valymo įrenginių iki deginimo įrenginių. Tikslas – 2026 m. vasarą pademonstruoti „WaterProof“ procesą, parodant, kad iškastinio kuro nenaudojanti gamybos grandinė gali veikti realiomis sąlygomis.
Tokios sistemos galiausiai galėtų būti integruotos į miesto infrastruktūrą, paverčiant miestus žiedinės cheminių medžiagų gamybos centrais, o ne išmetamųjų teršalų šaltiniais.
Vertingos medžiagos iš atliekų
Atliekamo darbo potencialas neapsiriboja vien anglies dioksido pakartotiniu panaudojimu. Tyrėjai taip pat tyrinėja, kaip skruzdžių rūgštis gali būti panaudota vertingoms medžiagoms išgauti iš atliekų srautų.
Derindami jį su kitais junginiais, jie kuria giluminius eutektinius tirpiklius – mažai toksiškus skysčius, galinčius ištirpinti ir prisijungti prie atliekose esančių metalų, kad metalus būtų galima išgauti.
"
Neturime jokių priemonių reguliuoti CO2 išmetimą, išskyrus skatinimą pirkti mažiau ir daugiau perdirbti.
Daug vertingų medžiagų, įskaitant varį, litį, kobaltą ir net nedidelį kiekį aukso, patenka į deginimo krosnies pelenus ir nuotekų dumblą – visos jos yra labai svarbios šiuolaikinėms technologijoms ir žaliajai pertvarkai.
HVC jau naudoja mechaninius procesus metalams išgauti, atskirdamas sunkesnes daleles nuo pelenų panašiu būdu, kaip ir aukso plovimo procese. Tačiau taip susidaro mišrūs metalų srautai, kurie yra mažiau vertingi. Nauji tirpikliai galėtų leisti tiksliau atskirti.
„Šie eutektiniai tirpikliai gali būti pritaikyti konkretiems metalams“, – sakė Bornas. „Tai reiškia, kad galite atgauti atskiras medžiagas, o ne mišinius, o tai padidina jų vertę.“
Tačiau ekonominė realybė išlieka kliūtimi. Auksas yra vienintelis išgaunamas metalas, kurio kaina yra priimtina, aiškino Bornas. Daugelio kitų, įskaitant retųjų žemių elementus, rinkos kaina vis dar per maža, kad pateisintų kainą.
Tai kelia platesnių klausimų apie politiką ir prioritetus, ypač atsižvelgiant į tai, kad svarbiausių medžiagų paklausa toliau auga: kiek visuomenės nori subsidijuoti atliekų utilizavimą ir ar strateginė vertė turėtų nusverti grynai rinkos valdomus sprendimus.
Kilpos uždarymas
Toks „iš atliekų gaunamo išteklių“ mąstymas populiarėja visoje Europoje. Naujos ES taisyklės, planuojamos iki 2026 m., siekia, kad perdirbtos medžiagos būtų plačiau prieinamos ir naudojamos.
Jei jiems pasiseks, jie galėtų padėti žiedinės ekonomikos idėjas, tokias kaip „WaterProof“, paversti kasdiene realybe, remdami Europos siekį iki 2030 m. tapti žiedinės gamybos lyderiais pasaulyje.
Susieję anglies dioksido surinkimą, cheminių medžiagų gamybą, vandens valymą ir medžiagų regeneravimą, tyrėjai sujungia kelis šios vizijos elementus į vieną sistemą.
Jongeriui ši koncepcija yra ir praktiška, ir simbolinė.
„Jei iš nuotekų paimate CO2, paverčiate jį produktu ir tada naudojate tą produktą tualetui valyti, kad jis tekėtų atgal į nuotekų sistemą, sukuriate visą ciklą“, – sakė ji. „Tai yra geriausias žiedinės ekonomikos pavyzdys.“
Šiame straipsnyje aprašytą tyrimą finansavo ES programa „Horizontas“. Apklaustųjų nuomonė nebūtinai atspindi Europos Komisijos nuomonę. Jei jums patiko šis straipsnis, pasidalykite juo socialiniuose tinkluose.
