Voedsel verspilling, tuin stekken, mest, en zelfs menselijk afvalwater kan worden omgezet in vaste biokool voor energieopwekking, en, indien opgeschaald, zou kunnen helpen de industriële vraag naar koolstof te matchen met de noodzaak om organisch afval te verwijderen en de uitstoot van broeikasgassen te verminderen.

Europa heeft een bioafvalprobleem. In plaats van het koolstofrijke materiaal als brandstof te gebruiken, miljoenen tonnen organisch afvalmateriaal worden op stortplaatsen gedumpt, waar het ontleedt en broeikasgassen afgeeft.

Tegelijkertijd, de EU importeert miljoenen tonnen steenkool voor industrieel gebruik en energieopwekking. Dat levert een grondstof op die onderhevig is aan kwetsbare toeleveringsketens, bijdraagt ​​aan de CO2-uitstoot en waarvan de EU haar afhankelijkheid wil verminderen.

Pogingen om die onevenwichtigheden te evenaren, zouden een oplossing kunnen vinden in biocoal - een koolstofneutrale grondstof gemaakt van organisch afval dat kan worden gebruikt als energiebron, industriële grondstoffen of zelfs als een manier om koolstof op te slaan, in plaats van het in de atmosfeer uit te stoten.

'(Biocoal)technologie kan een sterke rol spelen (in de markt), ten eerste omdat we hoogwaardig materiaal terugwinnen, ten tweede omdat het snel is, en ten derde … omdat het CO . kan vermijden ₂ uitstoot, " zei Marisa Hernandez Latorre, de oprichter en chief executive van duurzaam technologiebedrijf Ingelia, gevestigd in Valence, Spanje.

Een manier om de steenkoolvervanger te maken is een proces dat bekend staat als hydrothermische carbonisatie (HTC), die oververhit water onder druk gebruikt om in een paar uur biocoal te produceren. Het duurt normaal gesproken miljoenen jaren voordat fossiele steenkool geologisch is gevormd.

"Het is echt een heel eenvoudig en stabiel proces, omdat het werkt als een versnelling van de natuurlijke vorming van steenkool, ', zei Hernandez Latorre.

Ingelia heeft een eigen HTC-proces ontwikkeld voor drie biokolenfabrieken:in Spanje, het VK en België, met een totale capaciteit van 8, 000 ton biokolen per jaar. Verschillende andere wachten op goedkeuring door de regelgevende instanties en zouden de komende jaren de capaciteit moeten verdubbelen.

"HTC biocoal … vermijdt niet alleen het gebruik van steenkool in industriële processen, maar ook de uitstoot van methaan uit stortplaatsen, "Hernandez Latorre zei:eraan toevoegend dat de technologie tot 95% van de koolstof uit organisch afval kan terugwinnen.

Methaan is een nog krachtiger broeikasgas dan koolstofdioxide en een opmerkelijke bron zijn vuilnisbelten. Europa laat jaarlijks miljoenen tonnen bioafval op stortplaatsen vallen, en zelfs waar locaties methaanopvangsystemen hebben, een aanzienlijk deel van het gas kan ontsnappen.

Snelkookpan

Er zijn verschillende HTC-methoden ontwikkeld, maar het proces werkt over het algemeen in de trant van een snelkookpan, hoewel de ingrediënten variëren van resten van de verwerking van voedsel of dranken, agrarisch afval, afval van de bosbouwindustrie, zoals houtsnippers en zaagsel, tot maïskolven en rioolwater.

Het bioafval wordt in een apparaat gedaan dat een reactor wordt genoemd, bij temperaturen van 180°C-250°C onder een druk in de orde van grootte van 2 megapascal (MPa) of 20 atmosfeer. Dit betekent dat het water in het systeem oververhit is, in plaats van omgezet in stoom.

De reactor zet de vaste stoffen in het organische materiaal om in harde biokool, ook wel hydrochar genoemd, terwijl de vloeistoffen afzonderlijk kunnen worden opgevangen en als bio-meststof kunnen worden gebruikt. Eventueel vrijkomende gassen worden opgevangen en gebruikt om het systeem van stroom te voorzien.

De biokool heeft vergelijkbare kenmerken, ongeacht het gebruikte bioafval, hoewel verschillende grondstoffen de kwaliteit beïnvloeden door het asgehalte te bepalen. De omstandigheden in de reactor vernietigen ziekteverwekkers en de resulterende producten zijn steriel. De kolenslurry kan ook worden verwerkt om stenen of scherven van glas of metaal te verwijderen, alvorens te worden samengeperst tot briketten of pellets.

Ingelia's basis HTC-proces kan voedselverspilling, bijvoorbeeld, om biokolen te produceren die vergelijkbaar zijn met fossiele bruinkool, bestaande uit ongeveer 60% koolstof. Deze hydrochar kan dan extra stappen doorlopen om hoogwaardigere 'designer' biocoal te maken, het verwijderen van as en vluchtige stoffen om een ​​koolstofgehalte tot 90% te garanderen - in staat om te concurreren met hoogwaardige steenkool.

"We kunnen (verdere verwerking) gebruiken om het eindproduct op maat te maken, om precies uit het biomateriaal te halen wat ze nodig hebben voor de industriële processen, in een circulaire economie (systeem), ', zei Hernandez Latorre.

Broeikasgassen

Hernandez Latorre zegt dat intern Ingelia-onderzoek aantoont dat tussen de 6,5 en 8,3 ton CO ₂ equivalent vermeden per ton geproduceerde HTC-biocoal, vergeleken met een stortplaats met of zonder een methaanterugwinningssysteem.

Ze zegt dat biocoal een marktwaarde van € 170 per ton kan hebben voor de meest elementaire hydrochar, tot meer dan € 400 per ton voor hoogwaardige biocoal met het hoogste koolstofgehalte, afhankelijk van het beoogde gebruik.

Ingelia heeft haar bevindingen van verschillende onderzoeksprojecten gecombineerd in haar HTC-proces en richt haar technologie op industrieën die afhankelijk zijn van steenkool, afvalwaterverwerking, die te maken heeft met organisch afval, en energieproducenten die overstappen van kolengestookte energieopwekking naar hernieuwbare energiebronnen.

Met de daling van de steenkoolprijzen en de vraag in de economische vertraging veroorzaakt door de COVID-19-pandemie, het kan enige tijd duren voordat biocoal fossiele brandstoffen in de industrie wereldwijd heeft verdrongen. Maar het biedt één oplossing voor degenen die verplicht zijn om met organisch afval om te gaan en te voldoen aan het EU-plan om tegen 2050 CO2-neutraal te worden.

Hernandez Latorre, die op 12 juni werd uitgeroepen tot EU Mission Innovation Champion voor haar werk in onderzoek naar schone energie, ziet het de komende 10-15 jaar een steeds belangrijkere rol spelen.

"De markt is echt bereid om nieuwe technologieën te accepteren of te implementeren, het enige is dat ze voldoende op schaal moeten worden ontwikkeld, " voegde ze eraan toe.

Industrieën hebben voldoende marktbeschikbaarheid van biokool nodig om vooruit te plannen voor vervanging van fossiele brandstoffen. En investeerders willen er zeker van zijn dat ze genoeg bioafval hebben om te verwerken - en commitment van gebruikers om hun producten te nemen - voordat ze investeren in geavanceerde HTC-apparaten die honderdduizenden of zelfs miljoenen euro's kunnen kosten.

Low-tech

Die opstartkosten zijn onbetaalbaar in veel ontwikkelingslanden, hoewel bioafval wereldwijd een probleem vormt.

Maar een goedkope low-tech versie die menselijke uitwerpselen gebruikt om biokolen en kunstmest te maken, kan een dubbel voordeel opleveren voor plaatsen waar mensen geen sanitaire voorzieningen hebben, zei de Zuid-Koreaanse onderzoeker Dr. Jae Wook Chung.

Hij ziet mogelijkheden om zowel inkomsten voor gemeenschappen te genereren als hun milieu- en gezondheidsproblemen aan te pakken die worden veroorzaakt door onbehandelde uitwerpselen, verwijzend naar schattingen van de WHO dat 673 miljoen mensen in de open lucht moeten poepen - op straat, achter struiken of in open water.

Onderzoek heeft aangetoond dat HTC-reactoren voor minder dan 20 euro gemaakt kunnen worden. 000, maar Dr. Chung wil een project genaamd FEET gebruiken om een ​​nog eenvoudiger, goedkoper model dat kan worden gebruikt in slechte, gemeenschappen met een hoge dichtheid, zoals de sloppenwijk Kibera in de Keniaanse hoofdstad Nairobi.

Hij stelt zich een systeem voor ter grootte van een olievat, gemaakt met roestvrijstalen buizen die in veel ontwikkelingslanden beschikbaar zijn als bouwmateriaal. En hij wil temperatuur en druk van buiten de reactor volgen, het vermijden van dure sondes.

Dr. Chung zal zich ook richten op manieren om te zorgen voor een duurzame aanvoer van afval voor verwerking - misschien door het georganiseerd legen van latrines of draagbare toiletten - en om de economische voordelen van de biokolen en vloeibare meststof aan te tonen.

Hij beschouwt het winstgevend maken van een sanitatiesysteem voor de gemeenschap als de sleutel om het duurzaam te maken, en het verstrekken van toiletten in regio's waar ze momenteel ontbreken.

'(Het) economische voordeel zou ook diegenen helpen die een culturele barrière hebben voor het gebruik van conventionele toiletten, weg te gaan van open ontlasting, " hij zei.