Nowe technologie dla bezpieczniejszej produkcji biogazu i odzyskiwania amoniaku

Poszukiwanie alternatyw dla paliw kopalnych nie jest już opcją – to konieczność. Jednym z rozwiązań, które zdobywa coraz większą popularność, są biogazownie. W teorii powinny one stanowić modelowy system: zagospodarowują bioodpady pochodzące z rolnictwa i hodowli zwierząt, a przy tym produkują ekologiczną, zieloną energię elektryczną i ciepło. Naukowcy nieustannie pracują nad poprawą ich efektywności oraz poszerzeniem potencjalnych zastosowań biogazu.

Jednym z takich projektów jest inicjatywa dostrzeżona przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju — „Porowate ciecze do usuwania amoniaku w celu poprawy produkcji biogazu” – pomysł dr Min Ying Tsang, kierującej Grupą Badawczą Funkcjonalnych Makromolekuł i Materiałów Porowatych w Łukasiewicz – PORT.

Od odpadów do zasobów – w stronę zrównoważonego rozwoju

– W ramach stażu podoktorskiego realizowałam projekt badawczo-przemysłowy dotyczący oczyszczania biogazu przy użyciu cieczy porowatych – mówi dr Min Ying Tsang. Koncepcję cieczy porowatych opracował w 2007 roku prof. Stuart James i po raz pierwszy zademonstrował ją w 2015 roku. Od tego czasu badania nad tymi materiałami znacznie się rozwinęły. Jednym z ich potencjalnych zastosowań jest właśnie oczyszczanie biogazu.

– Wykorzystując ten kierunek, możliwe jest usuwanie amoniaku z biogazu za pomocą cieczy porowatych, co usprawnia proces oczyszczania biogazu i produkcji metanu – powszechnie stosowanego źródła energii. Odzyskany amoniak może być wykorzystany jako nawóz w rolnictwie. Produkujemy ogromne ilości odpadów – dlaczego więc nie przekształcić ich w coś pożytecznego? To jedna z głównych idei biogazu – podkreśla dr Min Ying Tsang.

Ciecze porowate wychwytują amoniak z biogazu

Typowe ciecze nie mają trwałych porów – znajdują się w nich jedynie chwilowe przestrzenie między cząsteczkami. Profesor James wprowadził do cieczy porowate cząstki ciał stałych w taki sposób, że molekuły cieczy nie blokowały ich porów, co doprowadziło do powstania nowej klasy materiałów: cieczy porowatych. Obecnie naukowcy skupiają się na opracowywaniu mieszanin cieczy i materiałów porowatych, takich jak metal-organiczne szkielety (MOF-y), które – po połączeniu z odpowiednimi rozpuszczalnikami – tworzą stabilne zawiesiny.

– Materiały porowate, takie jak MOF-y, znane są od ponad 20 lat i cechują się wyjątkowymi właściwościami – wyjaśnia dr Tsang. – Wyobraźmy sobie kilka gramów materiału o powierzchni wewnętrznej równej powierzchni boiska piłkarskiego – to właśnie taka skala jest dostępna do adsorpcji gazów.

Ten typ cieczy porowatej został zaprojektowany z myślą o wychwytywaniu amoniaku z biogazu, co zwiększa bezpieczeństwo i stabilność jego produkcji. Jednocześnie odzyskany amoniak może zostać przekształcony w nawóz, tworząc zamknięty obieg zasobów w rolnictwie. Celem projektu jest opracowanie stabilnej cieczy porowatej, zdolnej do efektywnego wychwytywania i uwalniania amoniaku przez długi czas. Dr Min Ying Tsang ma nadzieję na długofalową współpracę z przemysłem w celu przetestowania opracowanej technologii.