Állati trágya pirolízisének vizsgálata
Állati trágya pirolízisének vizsgálata a folyamat hőmérsékletének és idejének függvényében laboratóriumi méretű csőreaktorban
A világ népességének gyors növekedése az élelmiszerek, köztük a hús és az állati eredetű termékek iránti kereslet és fogyasztás jelentős emelkedéséhez vezet. Ennek következtében a gazdaságok és ez az ágazat hatalmas mennyiségű hulladékot termel, például szervestrágyát, szennyvíziszapot és baromfihulladékot. A trágya és a szennyvíziszap nem megfelelő kezelése súlyos egészségügyi és környezeti problémákat okoz, pl. víz- és levegőszennyezést, valamint üvegházhatású gázok és nehézfémek kibocsátását a kórokozók terjedése mellett. Ez a szermaradéknak számos kémiai és biológiai vegyületet tartalmaz, amelyek többek között az adott állatfajokhoz és az egyedek korához kapcsolódnak. A maradék vegyületek, főként mikrobiota, lignocellulóz, fehérjék, valamint jelentős mennyiségű szervetlen anyag, például S, N, P, K, Ca, Mg és Cl összetett keverékéből áll. Ezenkívül nehézfémek, például Cu, Pb, Cd, Zn és Mn találhatók a maradékban az állatoknak szállított antibiotikumok és hormonok használata miatt.
A szennyvíziszap és a trágya ártalmatlanítására vonatkozó technológiák egy része magában foglalja a hulladéklerakást, mezőgazdasági hasznosítás, komposztálás, anaerob lebontás és termokémiai átalakítás. Az egyik leghagyományosabb és legpraktikusabb alternatíva ezeknek a maradványoknak a mezőgazdasági területeken történő felhasználása a magas nitrogén- és foszfortartalom miatt, amelyek a növényi trágyázáshoz szükséges alapvető elemek. Manapság azonban ez a típusú felhasználás csökkent a keletkező hatalmas mennyiségű hulladék miatt, amely meghaladja a talaj tápanyagigényét. A környezetvédelmi előírások pedig korlátozzák a szennyvíziszap mezőgazdasági alkalmazását. A trágya túlzott használata a talajon olyan problémákat okoz, mint az altalaj és a felszín szennyeződése, szagok, valamint üvegházhatású gázok és ammónia kibocsátása.
Ezek miatt az ilyen típusú hulladékok megfelelő kezelésének új alternatíváit tárták fel és átfogóbban tanulmányozták a környezeti és társadalmi hatások megoldása érdekében. Például a termikus átalakítási technikák, például a pirolízis és a gázosítás alternatívát jelenthetnek a maradékanyag értékes termékké, például olajjá, szénné és gáz-halmazállapotú termékekké történő átalakítására. Ezen technikák további előnye, hogy csökken a keletkező hatalmas mennyiség, lebomlanak a mikroorganizmusok és elpusztulnak a patogén organizmusok. Fontos figyelembe venni, hogy az anyagban lévő maradványok százalékos nedvességtartalma magas, és azt csökkenteni kell a termikus technikák alkalmazása során. Az anyag természetes, mechanikai és termikus szárítási technikákkal szárítható. Az alkalmazott termikus lebomlási technikától függően az alapanyag összetétele; folyamatfeltételek, pl. hőmérséklet és fűtési sebesség; valamint a termékforgalmazás és annak összetétele változik. Például a pirolízis során oxigén hiányában a lebomlás magas hőmérsékleten történik.
A pirolízis során az alapanyag lebomlik, és szén, olaj és könnyű, nem kondenzálódó gázok képződnek. A nagy mennyiségű hemicellulózt és cellulózt tartalmazó alapanyag esetében nagyobb százalékban gázokat tartalmazó termékre lehet számítani, míg a lignin hozzájárul a szénképződéshez. A hőmérséklet tekintetében a szénképződésnek kedvez az alacsony hőmérséklet, míg az olaj és az illékony gáznemű komponensek képződése nagyobb valószínűséggel történik meg magas hőmérsékleten. A termékek jellemzőiktől függően tovább hasznosíthatók. A szén érdekes fizikai tulajdonságokkal rendelkezik, például nagy felülettel, mikroporozitással, valamint nagy adszorpciós és ioncserélő kapacitással. A szén potenciálisan adszorbensként, katalizátorként, erőművekben vagy műtrágyaként használható. A trágyából nyert faszén olyan elemekben gazdag, mint a K, P, Ca és Mg. Az olajfrakcióban szénhidrogének keletkeznek, de a trágyából és szennyvíziszapból származó pirolízisolaj nem tekinthető kiváló minőségűnek, mivel az előállított olaj oxigént tartalmaz, ami olyan vegyületek előállítását eredményezi, mint az alkoholok, ketonok, aldehidek és észterek, amelyek rontják a termék minőségét. Az előállított gáz CO, CO2, CH4, H2 és néhány könnyű szénhidrogén (C2H2, C2H4, C2H6 és C3H8) keverékét tartalmazza. A gáz azért lehet értékes, mert a benne lévő energiát gázturbinákban és erőművekben lehet felhasználni, vagy vegyületeit alapanyagként egy nagyobb hozzáadott értékű vegyipari termékké történő feldolgozásra. A termékek lehetséges felhasználási lehetőségeinek széles skálája ellenére viszonylag kevés tanulmány vizsgálta a szarvasmarhatrágya pirolízisét. Következésképpen korlátozott információ áll rendelkezésre a termék hozamáról és összetételéről. A fentiek fényében ez a tanulmány a marhatrágya pirolízisére összpontosít 300-900 °C hőmérséklettartományban, 1 és 5 dm3/h nitrogén áramlási sebességgel, valamint a folyamatparaméterek hatására.
Szerzők: MARIA ELENA LOZANO FERNANDEZ, SZABINA TOMASEK, CSABA FÁYKÖD, ANDREA SOMOGYI
