Nie warto spisywać resztek na straty – czasem wystarczy je przetworzyć, żeby nabrały dużej wartości. Prof. dr hab. Aneta Magdziarz z Wydziału Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej AGH w Krakowie będzie prowadzić projekt, którego celem jest efektywne wykorzystanie odpadów z przemysłu spożywczego.
Cukier, dżem wiśniowy, olej rzepakowy i piwo – to różnorodne produkty spożywcze, które prawie każdy z nas często kupuje. Niestety ich produkcja przyczynia się do generowania znacznych ilości odpadów. Wytłoki buraczane, pestki wiśni, makuch rzepakowy oraz szyszki chmielowe to przykłady takich odpadów biomasowych. Brak ich zagospodarowania jest sprzeczny z ideą gospodarki obiegu zamkniętego (GOZ) oraz hierarchią postępowania z odpadami opisaną w unijnej dyrektywie 2008/98/WE, która została zmieniona przez dyrektywę 2018/851 z dnia 30 maja 2018 r. Te zmiany mają na celu dalsze wzmocnienie zasad gospodarki o obiegu zamkniętym, promowanie lepszego gospodarowania zasobami i minimalizowanie wpływu na środowisko. Zespół prof. dr hab. Anety Magdziarz ma pomysł na to, jak można by efektywnie zagospodarować te odpady, tzn. nie tylko ograniczyć ich ilość, ale pozyskać z nich biopaliwo oraz materiały do redukcji zanieczyszczeń. Projekt o nazwie Nowe podejście do waloryzacji materiałów biowęglowych otrzymanych w procesie zgazowania odpadów z przemysłu spożywczego będzie mógł zostać zrealizowany dzięki finansowaniu przyznanemu przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu OPUS 26.
– Tego typu odpadów jest bardzo dużo, więc wszystkie duże zakłady przetwórstwa spożywczego mierzą się z tym problemem. Odpad spożywczy jest odpadem organicznym, a przede wszystkim bezpiecznym, ponieważ jest otrzymany z surowców, które nie powinny zawierać metali ciężkich i innych niepożądanych elementów, który może być źródłem cennych substancji – mówi naukowczyni o zaletach przetwarzania odpadów z przemysłu spożywczego.
Głównym przedmiotem badań, na którym skupią się prace zespołu prof. dr hab. Anety Magdziarz, będzie proces zgazowania odpadów z przemysłu spożywczego w obecności katalizatora w układzie kaskadowym. W tym procesie specjalnie przygotowany odpad biomasowy poddawany będzie działaniu pary wodnej lub/i ditlenku węgla w temperaturze 900–1000°C, prowadząc do otrzymania gazu syntezowego. Otrzymany gaz następnie trafi do kolejnego reaktora, w którym dzięki zastosowaniu odpowiedniego katalizatora nastąpi poprawa właściwości gazu, a przede wszystkim zwiększenia ilości pozyskanego w tym procesie wodoru. Kaskadowość tego procesu polega na tym, że te dwa kolejne etapy będą przeprowadzane w oddzielnych układach reakcyjnych. Powstały syngaz będzie można wykorzystać jako paliwo lub do produkcji różnorodnych związków chemicznych, takich jak amoniak, aldehydy, alkohole, kwasy organiczne i inne.
Chociaż procesowi zgazowania można poddawać także inne odpady organiczne, to te wymienione powyżej zostały tak dobrane, by umożliwić uzyskanie jak największej ilości gazu syntezowego, ale także w pełni wykorzystać pozostałość stałą po procesie zgazowania. W ramach realizacji projektu zostaną opisanie reakcje chemiczne zachodzące podczas badanego procesu zgazowania katalitycznego, jak również zbadany zostanie wpływ parametrów procesu tj. temperatura, czynnik zgazowujący oraz rodzaj katalizatora. Zespół naukowców ma nadzieję, że pozwoli to na zoptymalizowanie procesu przetwarzania odpadów spożywczych i uzyskiwania gazu oraz pozostałości stałej o jak najkorzystniejszych właściwościach fizykochemicznych.
Najistotniejszą część projektu będą stanowić badania pozostałości stałej po procesie zgazowania, a przede wszystkim jej waloryzacja, w celu poprawy właściwości tj. powierzchnia właściwa, dobrze rozwinięta struktura porowata, z odpowiednią kombinacją mikroporów, mezoporów i makroporów, właściwości katalityczne, adsorpcyjne i zdolność wychwytu CO2. To priorytetowy cel projektu, który wychodzi naprzeciw wymaganiom idei zrównoważonego rozwoju. Prof. Aneta Magdziarz zakłada, że uzyskana pozostałość będzie mogła znaleźć zastosowanie w wielu obszarach, np. w rolnictwie, ochronie środowiska, budownictwie, a nawet w przemyśle kosmetycznym, a przez to stanie się materiałem o tzw. wartości dodanej.
– Ten materiał, ta pozostałość po procesie, powinna mieć porowatą strukturę i tendencję do adsorpcji zanieczyszczeń. Dlatego naszym celem w kolejnym etapie będzie ulepszenie tych parametrów – wyjaśnia badaczka.
Jeżeli uda się uzyskać materiał o pożądanych właściwościach, będzie on mógł być stosowany zarówno do oczyszczania wody jak i gazu. Takie zagospodarowanie pozostałości stałej po procesie zgazowania pozwoliłoby na wykorzystanie wszystkich produktów.
Zmniejszenie zanieczyszczeń wodnych i gazowych jest kluczowe dla zdrowia ekosystemów i ludności, a jednoczesne wykorzystanie pozostałości stałej procesu zgazowania oznaczałoby bardziej zrównoważony i efektywny model gospodarowania zasobami. Ponadto, zastosowanie materiałów węglowych w oczyszczaniu mogłoby prowadzić do innowacji w technologii adsorpcji, potencjalnie rozwijając nowe metody i materiały o jeszcze lepszych właściwościach. Podsumowując, uzyskanie materiału węglowego o pożądanych właściwościach adsorpcyjnych i jego wykorzystanie w oczyszczaniu wody i gazu jest obiecującym kierunkiem, który może znacząco przyczynić się do zrównoważonego rozwoju, ograniczenia ilości zanieczyszczeń oraz ochrony środowiska naturalnego.
Wyzwaniem będzie prowadzenie badań w kierunku uzyskania materiału, który – poza pożądanymi właściwościami adsorpcyjnymi – posiadać będzie także odpowiednie właściwości fizyczne. Odpowiednia gęstość nasypowa może ułatwiać transport i aplikację materiału w różnych systemach adsorpcyjnych. Planowane jest uformowanie peletów o odpowiedniej twardości oraz wytrzymałości mechanicznej, co może znacząco zwiększyć ich użyteczność i efektywność w wielu zastosowaniach przemysłowych i konsumenckich.
Główne badania zostaną przeprowadzone na Wydziale Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej.
– Większość niezbędnej aparatury jest dostępna u nas na Wydziale, współpracujemy pomiędzy katedrami, jak również z Wydziałem Energetyki i Paliw – mówi prof. dr hab. Aneta Magdziarz.
– Główny układ laboratoryjny do procesu zgazowania został zakupiony w ramach poprzedniego projektu, natomiast teraz w ramach tego projektu doposażymy tylko laboratorium w aparaturę analityczną – wyjaśnia.
W skład zespołu badawczego wchodzą doświadczeni i młodzi pracownicy naukowi, a planowane jest również zaangażowanie w realizację projektu doktorantki/ta Szkoły Doktorskiej AGH.
– Zapraszam do aplikowania na stanowisko doktoranta do tego projektu naukowego – zachęca prof. Magdziarz.
– Poszukujemy ambitnej i zaangażowanej osoby, która będzie chciała rozwijać swoje umiejętności badawcze i miękkie. W zamian oferujemy atrakcyjne, wysokie stypendium, możliwość pracy w dynamicznym, interdyscyplinarnym zespole, udział w międzynarodowych konferencjach oraz opiekę merytoryczną doświadczonych naukowców – dodaje.
Źródło: AGH
