Παραγωγή εξανθρακώματος από βιομάζα για περιβαλλοντικές εφαρμογές
Authors: Αγραφιώτη Εβίτα 
Published: September 2021

Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής μελετήθηκε η παραγωγή βιοεξανθρακωμάτων, μέσω πυρόλυσης τριών διαφορετικών βιομαζών, με σκοπό τη χρήση τους για τη δέσμευση βαρέων μετάλλων από ρυπασμένα νερά. Οι βιομάζες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ο φλοιός ρυζιού, η λυματολάσπη και το οργανικό κλάσμα των στερεών απορριμμάτων. Ο φλοιός ρυζιού επελέγη ως μία βιομάζα που βρίσκεται, παγκοσμίως, σε αφθονία, ενώ η λυματολάσπη και το οργανικό κλάσμα των στερεών απορριμμάτων προκειμένου να διερευνηθεί μια εναλλακτική και συνάμα καινοτόμα μέθοδος για την αξιοποίησή τους. Σε πρώτη φάση μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας πυρόλυσης, του χρόνου παραμονής των δειγμάτων στο φούρνο πυρόλυσης και του εμποτισμού των βιομαζών με K₂CO₃ και H₃PO₄, σε διάφορες αναλογίες, στην απόδοση της πυρόλυσης σε βιοεξανθράκωμα. Από τις προαναφερθείσες παραμέτρους, η θερμοκρασία πυρόλυσης ήταν η μόνη που είχε επίδραση στην απόδοση της πυρόλυσης, καθώς αύξηση της θερμοκρασίας από τους 300 στους 500°C προκάλεσε μείωση της απόδοσης σε βιοεξανθράκωμα έως και 35% (περίπτωση βιοεξανθρακώματος από λυματολάσπη). Η μέγιστη απόδοση που σημειώθηκε ήταν 66,1% και αφορούσε στο βιοεξανθράκωμα από το οργανικό κλάσμα των στερεών απορριμμάτων, που προήλθε από πυρόλυση στους 300°C για 30 min. Οι υπόλοιπες παράμετροι που μελετήθηκαν δεν φάνηκε να επηρεάζουν την απόδοση της πυρόλυσης. Μετέπειτα, πραγματοποιήθηκε μία σειρά από τεστ έκπλυσης TCLP, προκειμένου να διερευνηθεί η πιθανή έκπλυση των βαρέων μετάλλων που εμπεριέχονται στη λυματολάσπη και στα βιοεξανθρακώματα από λυματολάσπη. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, οι συγκεντρώσεις των βαρέων μετάλλων ήταν αρκετά χαμηλές (δεν ξεπέρασαν τα 18 mg/kg) και συνεπώς δεν υφίσταται περιβαλλοντικός κίνδυνος από ενδεχόμενη εφαρμογή των βιοεξανθρακωμάτων από λυματολάσπη στο έδαφος. Επίσης, τα εμποτισμένα με K₂CO₃ βιοεξανθρακώματα βρέθηκαν να εκπλύουν σχεδόν όλη την ποσότητα του Κ που εμπεριείχαν, γεγονός που υποδεικνύει ότι η εφαρμογή των βιοεξανθρακωμάτων αυτών στο έδαφος θα μπορούσε να αποτελέσει πηγή Κ για τα φυτά και συνεπώς να επηρεάσει θετικά το σύστημα εδάφους-καλλιέργειας. Εν συνεχεία, διερευνήθηκε η προσροφητική ικανότητα των βιοεξανθρακωμάτων, αλλά και του εδάφους, έναντι τριών βαρέων μετάλλων: As⁵⁺, Cr³⁺, Cr⁶⁺. Και τα τέσσερα προσροφητικά υλικά παρουσίασαν υψηλή ικανότητα απομάκρυνσης του Cr³⁺ από τα υδατικά διαλύματα, με τα ποσοστά απομάκρυνσης να πλησιάζουν σε πολλές περιπτώσεις το 100%. Ωστόσο, η προσροφητική ικανότητα των υλικών έναντι του As⁵⁺ και του Cr⁶⁺ δεν ήταν τόσο υψηλή, πιθανόν λόγω της ανιοντικής φύσης των μετάλλων αυτών. Εξαίρεση αποτέλεσε το βιοεξανθράκωμα από λυματολάσπη που κατάφερε να απομακρύνει περίπου το 90% της αρχικής συγκέντρωσης του Cr⁶⁺, γεγονός που αποδόθηκε στο υψηλό ποσοστό Fe που εμπεριείχε. Στα πλαίσια της βελτίωσης της προσροφητικής ικανότητας των βιοεξανθρακωμάτων, πραγματοποιήθηκε τροποποίηση των αρχικών βιομαζών με προσθήκη Ca²⁺, Fe⁰ και Fe³⁺ σε δύο διαφορετικές αναλογίες, και εν συνεχεία μελέτη της ικανότητας των τροποποιημένων βιοεξανθρακωμάτων να απομακρύνουν το As⁵⁺ και το Cr⁶⁺. Η τροποποίηση των βιοεξανθρακωμάτων κατάφερε να ενισχύσει σημαντικά την προσροφητική τους ικανότητα έναντι του As⁵⁺ (με τα ποσοστά απομάκρυνσης σε πολλές περιπτώσεις να ξεπερνούν το 95%), ωστόσο τα αποτελέσματα για το Cr⁶⁺ δεν ήταν εξίσου ενθαρρυντικά. Όπως προκύπτει από τη διδακτορική διατριβή, η χρήση του βιοεξανθρακώματος για την αντιμετώπιση περιβαλλοντικών προβλημάτων είναι μία πολλά υποσχόμενη τεχνική. Η παρέμβαση στις συνθήκες της πυρόλυσης και η τροποποίηση των υλικών με τα κατάλληλα χημικά μέσα μπορούν να έχουν ιδιαίτερα θετικές επιπτώσεις στα χαρακτηριστικά των παραγόμενων βιοεξανθρακωμάτων και συνεπώς να ενισχύσουν τα περιβαλλοντικά οφέλη που προκύπτουν από τη χρήση αυτών.