Sposób produkcji biopaliw, który rzuca wyzwanie krytyce dotyczącej pośredniej zmianie użytkowania gruntów
Działalność człowieka doprowadziła do akumulacji toksycznych pierwiastków (w tym metali ciężkich) i różnych zanieczyszczeń organicznych w glebach. Wspomniana działalność obejmuje długotrwałe stosowanie zanieczyszczonej wody do nawadniania, nawozów, pestycydów oraz dodatków do gleb (materii organicznej dodawanej w celu poprawy warunków gleby), a także górnictwo. Na terenie UE-28 znajduje się obecnie około 2,8 miliona zanieczyszczonych terenów, z których wiele pozostaje niewykorzystanych. Jednocześnie pilnie potrzebujemy biopaliw do dekarbonizacji transportu, ale spotykają się one z powszechną krytyką, w dużej mierze ze względu na wykorzystanie gruntów ornych do produkcji surowców (tzw. pośrednia zmiana użytkowania gruntów, ILUC). Projekt CERESiS finansowany ze środków UE miał na celu przygotowanie rozwiązania korzystnego dla obu stron poprzez uprawę roślin energetycznych, które ułatwiają dekontaminację gruntów poprzez fitoremediację i fitozarządzanie, oraz wykorzystanie ich do wytwarzania czystych biopaliw. W dłuższej perspektywie zwiększy to powierzchnię gruntów dostępnych dla rolnictwa, przy jednoczesnej produkcji biopaliw niebędących paliwami wymagającymi ILUC.
Wysokoplenne gatunki biomasy do fitoremediacji
Projekt CERESiS skupił się na wieloletnich trawach i gatunkach drzewiastych o wysokiej produktywności biomasy i niskim poziomie wchłaniania zanieczyszczeń z gleby. Ta strategia wspiera wydajne i opłacalne procesy na dużą skalę, umożliwiając jednocześnie łatwiejsze przetwarzanie i konwersję biomasy. „Wysokie plony takich upraw energetycznych w połączeniu z ich zdolnością do skutecznego usuwania zanieczyszczeń gleb zachęcają rolników do ich sadzenia” — zauważa koordynator projektu CERESiS, Athanasios Rentizelas z Narodowego Uniwersytetu Technicznego w Atenach. Co więcej, zakładanie upraw energetycznych na bardzo zanieczyszczonych gruntach zatrzymuje zanieczyszczenia w miejscu, zapobiegając ich rozprzestrzenianiu się.
Podejścia do konwersji i separacji zanieczyszczeń
Zespół projektu CERESiS pomyślnie dostosował i zoptymalizował dwie metody konwersji termochemicznej do produkcji czystych biopaliw z zanieczyszczonych surowców przy jednoczesnym skutecznym odzysku zanieczyszczeń. Gazyfikacja wodą nadkrytyczną (SCWG) pozwala wytwarzać gaz, który można poddać reformingowi do ciekłych biopaliw. Jej kluczową zaletą jest zgodność z przetwarzaniem mokrej biomasy, co eliminuje kosztowne i energochłonne procesy wstępnego suszenia. „Zmodyfikowaliśmy metodę SCWG, aby poddawać recyklingowi strumień ścieków procesowych, co pozwala na znaczne zmniejszenie zapotrzebowania na wodę” — dodaje Rentizelas. Szybka piroliza jest dojrzałą technologią, służącą do produkcji prekursorów ciekłych biopaliw (bioolejów). Względnie niskie koszty inwestycyjne i operacyjne tej metody sprawiają, że świetnie nadaje się do niskonakładowej produkcji, w trakcie której wytwarzany jest biowęgiel — produkt uboczny mający wiele zastosowań, w tym w obróbce metali oraz jako dodatek do gleby. W ramach projektu CERESiS opracowano również i zademonstrowano technologie separacji, służące do usuwania zanieczyszczeń obecnych w produktach konwersji. Membranowa absorpcja gazu umożliwia usuwanie kwaśnych gazów z gazów wylotowych z procesów SCWG. Ścieki z procesu SCWG wymagają usuwania metali ciężkich, co odbywa się poprzez zastosowanie elektrokoagulacji-flotacji oraz utleniania elektrochemicznego. Ostatecznie mikrofiltracja pozwala usuwać zanieczyszczone cząstki węgla z bioolejów.
Darmowe narzędzie online do wspierania wczesnych decyzji inwestycyjnych
Jednym z najważniejszych rezultatów projektu był system wspomagania decyzji. Hodowcy i producenci biopaliw mogą oceniać kombinacje biomasy i technologii konwersji, aby zidentyfikować odpowiednie rodzaje biomasy dla danej lokalizacji i profilu zanieczyszczeń. „W niektórych przypadkach ustalenie łańcucha wartości dla produkcji biopaliw z zanieczyszczonych gruntów może okazać się opłacalne finansowo, nawet bez uwzględnienia dekontaminacji gruntów, pod warunkiem, że procesy będą prowadzone na wystarczająco dużą skalę przy wykorzystaniu wysokoplennych gatunków biomasy” — mówi Rentizelas. Zaskakującym odkryciem projektu CERESiS, które będzie miało implikacje dla gospodarki zanieczyszczoną biomasą, było stwierdzenie, że większość zanieczyszczeń roślin na mocno zanieczyszczonych gruntach występuje na ich powierzchni — w formie pyłu — a nie w ich wnętrzu. Projekt CERESiS rzeczywiście dostarczył skuteczne i zrównoważone rozwiązanie dla energetyki i środowiska w postaci upraw energetycznych zdolnych do fitoremediacji oraz technologii ich przetwarzania i usuwania zanieczyszczeń w trakcie produkcji czystych biopaliw.
Słowa kluczowe
CERESiS, energia, biomasa, gleba, zanieczyszczenia, biopaliwa, uprawy energetyczne, SCWG, surowce do produkcji biopaliw, fitoremediacja, ILUC, metale ciężkie