«Производство биотоплива из органических отходов может значительно сократить объемы городских отходов, отправляемых на свалки, уменьшив загрязнение почвы, воды и воздуха», — заключают исследователи.
Инновационная разработка группы исследователей Тель-Авивского университета позволяет преобразовывать влажные необработанные отходы, выбрасываемые в мусор, в жидкое и твердое биотопливо без необходимости сушки отходов. Исследователи оценивают, что топливо, произведенное из органических отходов, может покрыть около трети потребления морского топлива в Израиле.
Исследование было опубликовано в октябре в журнале Energy Conversion and Management: X.
Проблема отходов в Израиле обостряется. В 2019 году в стране было произведено 5,8 млн тонн муниципальных отходов, что в среднем составляет около 1,76 кг (почти четыре фунта) отходов на человека в день — примерно на 30% больше, чем в среднем по Европе. Эта цифра увеличивается каждый год примерно на 2,6%. В настоящее время около 80% бытовых отходов в Израиле оказываются на свалках.
Органические отходы представляют собой серьезную проблему, нанося вред окружающей среде за счет выбросов парниковых газов, образования фильтрата и загрязнения воздуха, воды и почвы, что часто сопровождается неприятными запахами.
«Органические отходы выделяют метан, который является парниковым газом, а также загрязняют грунтовые воды», — говорит профессор Александр Гольберг из Школы окружающей среды и наук о Земле Портера ТАУ, который руководил исследованием. «Утилизация отходов является важнейшей проблемой. Свалки в Израиле достигают своей емкости, и, несмотря на желание сократить свалки до минимума, мы вынуждены открывать новые площадки, потому что другого решения нет. Главное преимущество нашего предложения в том, что мы сократим потребность в таком количестве свалок. Муниципалитеты вкладывают значительные средства в транспортировку и переработку отходов, и наше решение может значительно сократить эти расходы».
Чтобы оценить потенциал муниципальных отходов, исследователи проанализировали результаты новаторского исследования 2018 года, проведенного Э. Элимелехом и др. из Университета Хайфы. В ходе исследования был изучен состав мусора, произведенного 190 домохозяйствами города Хайфа в течение недели. Результаты показали, что измеримые органические отходы составляют около 36,4% пищевых отходов и около 16,4% от общего объема бытовых отходов. В целом эти органические отходы содержат около 80% воды.
«Результаты этого исследования легли в основу модели отходов в нашем исследовании», — говорит Голберг. «Мы построили непрерывный реактор, который в конечном итоге можно будет адаптировать для использования солнечной энергии, чтобы нагревать отходы до 280 градусов по Цельсию [536 градусов по Фаренгейту], и нам удалось значительно сократить количество воды и кислорода в биотопливе».
Он продолжил, объяснив, что «мы нашли экономически эффективные катализаторы, которые позволяют контролировать соотношение между жидкими и твердыми топливными продуктами. Твердое топливо можно использовать как биоуголь, эффективно связывая углекислый газ в течение длительного времени. Биоуголь можно сжигать на электростанциях, как обычный уголь, а жидкое биотопливо после модернизации может использоваться в самолетах, грузовиках и кораблях».
«Энергетическая независимость и безопасность»
Используя репрезентативную модель измеренных органических отходов, исследователи TAU успешно произвели жидкое биотопливо с выходом до 29,3% по весу и твердое топливо с выходом до 40,7% на основе сухого сырья. Этот процесс универсален и подходит для обработки любых влажных органических отходов или остатков, например, органических отходов с пищевых фабрик, институциональных кухонь и больниц.
«Производство биотоплива из органических отходов может значительно сократить объем муниципальных отходов, отправляемых на свалки, тем самым уменьшая загрязнение окружающей среды почвы, воды и воздуха», — заключают исследователи. «Более того, сокращение захоронения на свалках снизит выбросы парниковых газов и снизит зависимость от нефти и угля. Преобразование отходов в энергию также предлагает локальное решение для энергетической независимости и безопасности Израиля».
Исследование было проведено аспирантом Майей Моссери в сотрудничестве с инженером Майклом Эпштейном, профессором Майклом Гозином из Школы химии факультета точных наук Рэймонда и Беверли Саклер Технологического университета Тасманийского университета и профессором Авраамом Крибусом из факультета инженерии имени Иби и Аладара Флейшман Технологического университета Тасманийского университета.
Они выражают признательность главному ученому Министерства энергетики Израиля и компании Noga за поддержку.