Polscy naukowcy szukają innowacyjnych metod do przetwarzania i bezpiecznego wykorzystania popiołów lotnych

Naukowcy szacują, że dzięki ich rozwiązaniom, uda się o kilka procent zwiększyć zagospodarowanie tych szkodliwych substancji, wykorzystując je – po odpowiednim przetworzeniu – w wielu dziedzinach gospodarki, m.in. w budownictwie, rolnictwie czy inżynierii środowiska.

Prace są realizowane przez konsorcjum FUNash, w którym siły połączyli naukowcy z Politechniki Lubelskiej, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie i Uniwersytetu Warszawskiego. Na projekt otrzymali ponad 21 mln zł od Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w ramach programu TEAM-NET.

– Co roku w polskich elektrowniach i elektrociepłowniach powstaje około 4 mln ton popiołów lotnych. Około 60% z nich jest zagospodarowywanych i wykorzystywanych, przede wszystkim do produkcji betonu i cementu, ale także do stabilizacji gruntów przy budowie dróg oraz w kopalniach jako materiał podsadzkowy i do likwidacji otworów wiertniczych. Nie zmienia to faktu, że wciąż ogromne ilości popiołów są składowane, zanieczyszczając środowisko. Część z nich, jako materiał drobnoziarnisty, jest wywiewana, co potęguje zjawisko smogu. Ponadto składowiska odpadów zajmują przestrzeń, którą można wykorzystać do innych celów. Do tego dochodzą wysokie koszty składowania i tzw. opłaty środowiskowe, którymi obciążeni są producenci. Korzystniejsza jest zatem utylizacja popiołów niż ich składowanie – przekonuje prof. dr hab. inż. Wojciech Franus z Wydziału Budownictwa i Architektury Politechniki Lubelskiej, która jest liderem projektu FUNash.

Potrzeba opracowania nowych sposobów na zagospodarowanie popiołów lotnych wynika też z faktu, że ze względu na coraz bardziej restrykcyjne przepisy i modernizację procesu spalania węgla w elektrowniach, coraz więcej powstających tam popiołów lotnych ma skład mineralny wykluczający ich wykorzystanie jako dodatku do betonu i cementu. Jakie zatem są nowe możliwości utylizacji popiołów z energetyki?

Biocement do konserwacji zabytków

Popioły lotne mogą posłużyć jako prekursory do syntez różnych materiałów funkcjonalizowanych, w tym zeolitów syntetycznych, kompozytów zeolitowo-węglowych i kompozytów zeolitowo-węglowo-wermikulitowych. Następnie takie podłoża mineralne, o specyficznych właściwościach fizyczno-chemicznych, można zaszczepić odpowiednimi bakteriami, np. produkującymi węglan wapnia i uzyskane w ten sposób nowatorskie, modyfikowane mikrobiologicznie, materiały wykorzystać w budownictwie do produkcji tzw. biocementu. A biocement świetnie nadaje się choćby do rewitalizacji uszkodzeń na powierzchniach kamiennych, w tym na zabytkach kultury. Jednak, aby móc wykorzystać biocement na szerszą skalę, najpierw trzeba opracować wydajne technologie syntezy materiałów funkcjonalizowanych na bazie popiołów. Tym właśnie zajmie się w ramach konsorcjum FUNash jeden z zespołów z Politechniki Lubelskiej. Kolejny zespół z tej uczelni będzie tworzyć hybrydy mineralno-mikrobiologiczne i testować możliwości ich wykorzystania w budownictwie.

Oczyszczanie wód, gleb i powietrza

Innym nowatorskim rozwiązaniem będzie takie modyfikowanie otrzymanych materiałów na bazie popiołów, aby zamienić je w sorbenty przeznaczone do usuwania konkretnych zanieczyszczeń z wód, ścieków i gleb, w tym zanieczyszczeń: metalami i metaloidami, radionuklidami, antybiotykami, pestycydami i herbicydami. To zadanie stoi przed grupą badawczą z Wydziału Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej. Nad eliminowaniem zanieczyszczeń ze środowiska przy pomocy produktów wytworzonych z popiołów będzie pracować także zespół z Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego.

– Nowość tego rozwiązania polegać będzie na zastosowaniu produktów konwersji popiołów lotnych jako nośnika dla mikroorganizmów przeprowadzających proces bioremediacji wody, gleby lub powietrza. Materiały otrzymane z popiołów będą wzbogacane odpadowymi substancjami organicznymi (np. serwatką lub melasą), a następnie będą na nich osadzane bakterie. Dzięki takiemu połączeniu, bakterie będą działały stabilniej i efektywniej, a proces biofiltracji będzie miał większe szanse powodzenia. Analogiczną metodą będzie zastosowanie w oczyszczalniach ścieków bakterii denitryfikacyjnych osadzonych na materiałach funkcjonalizowanych, pochodzących od popiołów lotnych – mówi prof. Wojciech Franus.

Innowacyjne nawozy i bionawozy

Kolejną ważną innowacją projektu będzie impregnacja wytworzonych z popiołów materiałów funkcjonalizowanych azotanami, siarczanami i fosforanami w celu opracowania nowej technologii produkcji nawozów mineralno-organicznych z dodatkiem węgla brunatnego. W ramach tego etapu prac – prowadzonych na Akademii Górniczo-Hutniczej – planowane jest również opracowanie nowych receptur nawozów organiczno-mineralnych przeznaczonych dla roślin dominujących wśród zasiewów w Europie. W konsorcjum FUNash powstaną także bionawozy. Biolodzy z Uniwersytetu Warszawskiego zamierzają wykorzystać materiały wytworzone z popiołów jako podłoża dla mikroorganizmów stymulujących wzrost roślin, przyspieszających proces kompostowania lub hamujących rozwój patogenów roślinnych. To ostatnie zastosowanie pozwoli na naturalną eliminację fitopatogenów, bez konieczności używania groźnych dla środowiska pestycydów. Naukowcom udało się już wyselekcjonować i przetestować szczepy bakterii i grzybów, nadające się do wykorzystania w zaproponowanych bionawozach. Wśród nich są też szczepy zimnolubne, mogące znaleźć zastosowanie w naszej strefie klimatycznej.

Interdyscyplinarna współpraca

Prace badawcze w projekcie FUNash będą prowadzone przez sześć niezależnych zespołów badawczych, posiadających różne kompetencje i doświadczenie naukowe. Zespoły te będą jednak ściśle ze sobą współpracować i wymieniać się uzyskiwanymi wynikami, co może zaowocować powstaniem nieoczywistych rozwiązań technologicznych o unikatowym charakterze. Nadrzędnym celem projektu FUNash jest stworzenie międzyjednostkowej federacji (Politechnika Lubelska + AGH + UW) świadczącej usługi oraz dostarczającej nowych technologii i produktów wytworzonych na bazie popiołów lotnych. Takie portfolio będzie oferowane różnym gałęziom gospodarki i będzie to jedyne, jak do tej pory, tak kompleksowe podejście do zagospodarowania popiołów lotnych – podkreśla prof. Wojciech Franus. Naukowcy szacują, że dzięki tak szerokiej gamie produktów i technologii, zagospodarowanie popiołów lotnych w Polsce zwiększy się o 3 do 5%.