Katru dienu miljoniem kartona kastes pamet mūsu mājas un nonāk zilajos konteineros pārstrādei. Tās ir pēdējais posms paātrinātās patēriņa ciklā tiešsaistes tirdzniecībā. Tomēr šis materiāls, kas ir tik ikdienišķs, ka mēs pat nepievēršam tam uzmanību, varētu sākt negaidītu otro dzīvi: kļūt par degvielu liela mēroga elektroenerģijas ražošanai.Atkritumi, kas nonāk enerģētikas kartē. Inženieru grupa no Notingemas Universitātes pirmo reizi parādīja, ka pārstrādāts kartons var būt efektīvs biomasas avots elektrostacijās. Pētījumā, kas publicēts žurnālā Biomass and Bioenergy, kartons tiek salīdzināts ar vispārpieņemto rūpnieciskās biomasas standartu — eikaliptu.
Inženieri ne tikai novēroja kartona degšanu. Viņi to sasmalcināja, pētīja tā formu, analizēja tā ķīmisko sastāvu un analizēja, kā tas reaģē uz siltumu un kādu oglekli tas atstāj. Viņi pat izstrādāja savu metodi, kas balstīta uz termogravimetrisko analīzi, lai precīzi izmērītu kalcija karbonāta saturu katrā paraugā. Šis komponents, kas bieži sastopams drukātajā kartonā, piešķir materiālam stingrību, bet ietekmē arī tā uzvedību degšanas laikā. Pateicoties šai procedūrai, viņi var prognozēt, kāda veida kartons labi derēs rūpnieciskajai katlam, bet kāds var radīt problēmas.
Zinātne par kartonu, kas deg “labāk”. Pētījums neaprobežojās ar teorijām. Tika testēta kartona degšana divu veidu sistēmās, kas ir līdzvērtīgas tām, kuras izmanto elektrostacijās:
- Cauruļveida krāsns Drop Tube Furnace: imitē sasmalcinātas biomasas ātru degšanu.
- Pētnieki novēroja, kā kartona daļiņas veido augsti reaģētspējīgas okularizētas daļiņas (oglekļa atliekas, kas paliek pēc pirmās degšanas fāzes) ar dominējošām smalkām un porainām struktūrām, kas veicina paātrinātu izdegšanu .
- Mufelkrāsns: imitē sistēmas ar pseudoslāņveida slāni vai režģu krāsni. Pat ilgākā uzturēšanās laikā kartons saglabāja izcilas degšanas īpašības.
Turklāt daļiņu izmērs un forma tika raksturota, analizējot vairāk nekā miljonu daļiņu uz paraugu. Tika novērota kartona tendence veidot “sūklveida agregātus” sasmalcināšanas laikā, kas rada problēmas tā rūpnieciskajā pārstrādē, kā arī tika veikta tādu īpašību kā sfēriskais formas un proporciju korelācija, kas var uzlabot nākotnes degšanas modeļus. Kā paskaidrots zinātniskajā pētījumā, šī detalizētā analīze ļauj prognozēt sadegšanas efektivitāti un izstrādāt rūpnieciskas stratēģijas kartona integrācijai degvielas plūsmā.
Rezultāts izrādījās ļoti labvēlīgs. Pateicoties šim eksperimentam, inženieri varēja pierādīt, ka kartons satur mazāk oglekļa (38 %) nekā eikalipts (46,7 %), un tā siltumietilpība arī ir zemāka (15,9–16,5 MJ/kg salīdzinājumā ar 21 MJ/kg) . Tomēr tā ogles ir smalkākas, porainākas un ķīmiski aktīvākas, kas paātrina degšanu; turklāt tās satur ievērojami vairāk pelnu (8,9–10,6 % salīdzinājumā ar 0,6 % eikaliptā), kas ir ļoti svarīgi katliem.
Kas vēl ir jāatrisina? Lai gan tehniskā potenciāla ir acīmredzams, pētījums skaidri parāda, ka kartons nav gatavs izmantošanai elektrostaciju katlos jau rīt. Ir jāatrisina trīs galvenās problēmas:
- Transportēšanas un pārstrādes problēmas. Smalcinot kartons uzvedas atšķirīgi no koksnes: tas veido porainus gabalus ar ļoti zemu blīvumu, kas apgrūtina iekšējo transportēšanu, apgrūtina nepārtrauktu materiāla piegādi katliem un var palielināt aizsērēšanas un uzkrāšanās risku. Pētījumā brīdināts par nepieciešamību pielāgot sasmalcināšanas un materiāla padeves sistēmas, lai nodrošinātu stabilu un drošu plūsmu.
- Kalcija uzvedība. Kartons satur ļoti daudz CaCO₃, īpaši pēc drukāšanas. Šis kalcijs var uzvesties atšķirīgi atkarībā no temperatūras un katla tipa. Dažos gadījumos tas paaugstina pelnu kušanas temperatūru, kas ir noderīgi, bet citos gadījumos var veicināt šlakas veidošanos vai ietekmēt degvielas kvalitāti. Pētījumā ieteikts analizēt kartona uzvedību atkarībā no elektrostacijas tipa, jo ne visas tehnoloģijas vienādi labi panes šīs svārstības.
- Ir nepieciešama plaša industriālā validācija. Laboratorijas testi ir daudzsološi, bet pagaidām trūkst galvenā posma: kartona testēšana reālos ekspluatācijas apstākļos. Pēc pētnieku teiktā, rūpniecībai ir nepieciešams veikt testus dažādu tehnoloģiju katlos, novērtēt emisijas, izpētīt pelnu uzkrāšanos un sastāvu, kā arī pārbaudīt tā saderību ar esošajiem biomasas maisījumiem. Tikai pēc tam varēs noteikt, vai kartonu var droši un stabili integrēt biomasā.
Ikdienas materiāls ar negaidītu nākotni. Kartons aizsargā picu, televizorus, grāmatas un sadzīves tehniku. Mēs to pārstrādājam, neaizdomājoties. Bet šis pētījums no Notingemas liecina, ka šie ikdienas atkritumi var kļūt par vēl vienu posmu enerģētikas pārejā, veicinot degvielas veidu diversifikāciju un bagātīgu vietējo resursu izmantošanu.
Šodien mēs to uztveram kā atkritumus. Rīt tas var palīdzēt elektroenerģijas ražošanā. Dzirkstele ir iedegusies: tagad mums jāizprot, vai rūpniecība vēlas — un vai tā spēj — pārvērst to reālā enerģijā.
