Превращение органических отходов в топливо будущего

Инновационная разработка исследователей Тель-Авивского университета позволяет превращать сырые влажные отходы в жидкое и твердое биотопливо без необходимости их предварительной сушки. По оценкам ученых, в масштабах страны топливо, произведенное из органических отходов, может удовлетворить около трети потребностей Израиля в морском топливе.

Исследование проводилось под руководством профессора Александра Гольдберга из Школы окружающей среды и наук о Земле им. Портера Тель-Авивского университета и было опубликовано в журнале "Energy Conversion and Management: X". В работе участвовали аспирант Майя Моссери, инженер Майкл Эпштейн, профессор Майкл Гозин из Школы химии и профессор Авраам Крибус с Инженерного факультета им. Флейшмана.

Как Израиль справляется с кризисом отходов

Проблема отходов в Израиле становится всё острее. В 2019 году страна произвела около 5,8 миллиона тонн муниципальных отходов — в среднем 1,76 кг на человека в день, что примерно на 30% больше, чем в среднем по Европе. Эта цифра ежегодно увеличивается примерно на 2,6%. В настоящее время около 80% бытовых отходов в Израиле оказывается на свалках. Органические отходы представляют особую проблему, нанося серьёзный вред окружающей среде. Они вызывают выбросы парниковых газов, образование фильтрата и загрязнение воздуха, воды и почвы, что также сопровождается неприятными запахами.

Команда исследователей

"Органические отходы выделяют метан — парниковый газ, а также загрязняют грунтовые воды", — объясняет профессор Гольдберг. "Обработка отходов — критическая проблема. Свалки в Израиле достигают предельной вместимости, и, несмотря на стремление минимизировать захоронение, мы вынуждены открывать новые площадки из-за отсутствия альтернатив. Главное преимущество нашего метода в том, что он снизит потребность в таком количестве свалок. Муниципалитеты тратят значительные средства на транспортировку и обработку отходов, и наше решение может существенно сократить эти расходы".

Для оценки потенциала муниципальных отходов в Израиле исследователи проанализировали результаты инновационного опроса 2018 года, проведённого Э. Элимелехом и коллегами из Хайфского университета. Опрос изучал состав мусора, произведённого 190 домохозяйствами в Хайфе за неделю. Результаты показали, что измеримые органические отходы составляют около 36,4% пищевых отходов и 16,4% от общего объёма бытовых отходов. Дальнейший анализ этой категории выявил следующий состав: 67% — фрукты и овощи, 14% — хлеб, макароны и крупы, 8% — яйца и молочные продукты, 5% — побочные продукты (кожура и шкурки), 3% — мясо, рыба и птица, 2% — сладости и печенье, 1% — безалкогольные напитки. В целом эти органические отходы содержат около 80% воды.

Превращение мусора в сокровище

"Результаты этого опроса легли в основу модели отходов в нашем исследовании", — говорит профессор Гольдберг. "Мы разработали непрерывный реактор — который в перспективе может работать на солнечной энергии — для нагрева отходов до 280°C. Это позволило нам значительно снизить содержание воды и кислорода в биотопливе. Мы также нашли экономически эффективные катализаторы, позволяющие контролировать соотношение жидких и твердых топливных продуктов. Твердое топливо может использоваться как биоуголь, эффективно блокируя углекислый газ на длительное время. Этот биоуголь можно сжигать на электростанциях подобно обычному углю, а жидкое биотопливо после доработки может применяться для самолетов, грузовиков и кораблей".

Используя репрезентативную модель органических отходов, исследователи ТАУ успешно произвели жидкое биотопливо с выходом до 29,3% по весу и твёрдое топливо с выходом до 40,7% от сухой массы сырья. Этот универсальный процесс подходит для обработки любых влажных органических отходов, включая отходы пищевых производств, кухонь учреждений и больниц.

Исследователи заключают: «Производство биотоплива из органических отходов может существенно уменьшить количество мусора на свалках, снижая загрязнение почвы, воды и воздуха. Более того, сокращение захоронения отходов уменьшит выбросы парниковых газов и зависимость от ископаемого топлива. Преобразование отходов в энергию также способствует энергетической независимости и безопасности Израиля».

Исследователи благодарят главного ученого Министерства энергетики Израиля и компанию Noga за поддержку исследования.