Aktualności
Miskant dla terenów zanieczyszczonych i marginalnych
W sierpniu zakończyliśmy realizację trzyletniego projektu badawczego MISCOMAR+, finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach trzeciego naboru do ERA-Net Cofund FACCE SURPLUS. Koordynatorem konsorcjum europejskiego był Aberystwyth University (UK), a koordynatorem konsorcjum polskiego Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych z Katowic. CBI Pro-Akademia było jednym z partnerów działających w zadaniu dotyczącym waloryzacji miskanta uprawianego na glebach marginalnych zanieczyszczonych metalami ciężkimi, przede wszystkim kadmem, ołowiem i cynkiem.
W ramach projektu przeprowadziliśmy serię testów zgazowania na Politechnice Delft, na oddziale Process&Energy w pęcherzykowym złożu fluidalnym z nowatorską koncepcją pośredniego dostarczania ciepła do reakcji zgazowania. Celem testów było oznaczenie do których produktów zgazowania (gazu, popiołu lotnego, karbonizatu czy może materiału złoża) trafiają ww. metale ciężkie w trakcie procesu i czy istnieje zależność pomiędzy celem migracji a parametrami procesu, przede wszystkim temperaturą. Testy wykonano przy trzech różnych temperaturach złoża: 700, 750 i 800°C.
Wyniki badań pokazały, że zawartość metali ciężkich w miskantach uprawianych na gruntach marginalnych nie wyklucza waloryzacji poprzez zgazowanie. Metale ciężkie podczas tego procesu gromadzą się głównie w/na ciałach stałych tj.: karbonizacie, materiale złoża i (lotnym) popiele. Śladowe ilości metali ciężkich znajdują się również w gazie, ale ich zawartość zostanie zmniejszona w końcowym oczyszczaniu gazu przed silnikiem gazowym lub podobnym zastosowaniem. Jedną z najważniejszych uzyskanych informacji, jest fakt, że zawartość metali ciężkich w karbonizacie produkowanym podczas zgazowania mieści się w granicach prawnych (normach) dla nawozów stosowanych w rolnictwie.
Oprócz testów zgazowania w ramach realizacji projektu wykonaliśmy również symulacje oparte na minimalizacji energii swobodnej Gibbs’a, celem identyfikacji możliwych ścieżek separacji metali ciężkich z karbonizatu, jak również testy wymywania karbonizatu w skali laboratoryjnej. Wyniki symulacji pokazały, że teoretycznie możliwe byłoby oddzielenie różnych pierwiastków tj. metali ciężkich oraz innych poprzez zastosowanie dedykowanej sekwencji oczyszczania. Przykładowo, stosując (symulując) sekwencję wypłukiwania wodą, kwasem cytrynowym, kwasem octowym, stężonym kwasem solnym oraz rozcieńczonym kwasem solnym uzyskać kolejno separację jonów potasu, krzemu i sodu, magnezu, następnie kadmu, cynku, aluminium, wapnia i fosforanów, a na końcu ołowiu. Uzyskane tutaj wyniki symulacji oraz testów wymywania należy traktować jako badania wstępne i należałoby wykonać dalsze prace eksperymentalne, w celu ich doprecyzowania i potwierdzenia.
Aby uzyskać obraz potencjału odzysku opracowaliśmy też przykładowy scenariusz odnoszący się do konkretnej aplikacji energetycznej wykorzystującej biomasę z miskanta. Jako przykład przyjęto rozproszoną instalację produkującą energię elektryczną wykorzystując proces zgazowania biomasy oraz układ kogeneracyjny o mocy elektrycznej 1 MW pracujący przez 8000 godzin rocznie. Szacowany areał potrzebny do uprawy miskanta wynosiłby 434 ha. Całkowity potencjał odzysku metali wynosiłby od 5.8 kg rocznie dla kadmu do 1261 kg dla cynku, co szczególnie w tym drugim przypadku już stanowi ilości niepomijalne. Frakcjonowanie oraz zawracanie poszczególnych pierwiastków lub ich związków stanowi jedno z głównych założeń gospodarki obiegu zamkniętego (GOZ) oraz jest jednym z sześciu ”R” zrównoważonego rozwoju: Recycle. W przyszłych analizach należy rozważyć koszt środowiskowy w postaci zużycia reagentów, energii oraz powstawania potencjalnych nowych odpadów, przeciw korzyściom wynikającym z zagospodarowania strumienia odpadowego, odzysku surowców, które inaczej musiałby być pozyskane z ziemi, oraz nawet potencjału oczyszczania środowiska, np. poprzez uprawy specjalnie stosowane do fitominingu.
