Piroliza jest termochemicznym rozkładem materiału organicznego w wysokiej temperaturze oraz przy braku tlenu lub w atmosferze gazów obojętnych. W porównaniu ze spalaniem, piroliza ma niższą temperaturę procesu i niższą emisję zanieczyszczeń powietrza, technologia nadaje się więc do zagospodarowania wielu różnorodnych rodzajów odpadów. Testowe instalacje EL PIRO działają obecnie zagospodarowując odpady komunalne w formie RDF oraz osady ściekowe. Możliwości zastosowania są jednak zdecydowanie szersze.

Fot. Wsad poddawany pirolizie przez Metal Expert – łupiny kakao

Źródło: Materiały własne Metal Expert

Przykłady odpadów, które mogą zostać poddane pirolizie w technologii EL PIRO

1. Biomasa

Każdy rodzaj biomasy może potencjalnie zostać wykorzystany jako źródło energii zastępujące konwencjonalne paliwa kopalne.

• Odpady z drewna, opakowań drewnianych i odpady zielone

Resztki biomasy mogą być przetwarzane w celu odzyskania ich zawartości organicznej w przydatnej postaci. Piroliza odpadów drewnianych, jest procesem dobrze poznanym i wielokrotnie wykorzystywanym, może zachodzić już w niższych temperaturach. Hemiceluloza rozpada się w temperaturze 200 – 250^oC, celuloza rozkłada się  w temperaturach 240 – 350^oC, a lignina jest pirolizowana w temperaturze około 300 – 375^oC.

• Odpady spożywcze

Piroliza wybranych odpadów spożywczych, takich jak skórki z owoców, skórki z ziemniaków, łupiny orzechów, odpady z kawy, była już przedmiotem wielu pomyślnych badań na całym świecie. W literaturze pirolizę wymienia się jako metodę o potencjale w przetwarzaniu odpadów spożywczych, ale skuteczność procesu jest silnie zależna od składu odpadów.

2. Odpady opakowaniowe wielomateriałowe

Odpady opakowaniowe, często wielomateriałowe są trudne do zagospodarowania w procesie recyklingu. Opakowania, które zbudowane są ze związków mających w składzie węgiel, mogą zostać poddane procesom pirolizy. Przykładem takich odpadów mogą być jednorazowe kubki na napoje. Recykling kubków papierowych jest trudny ze względu na ich skład jako połączenie papieru i parafiny. Podstawowy kubek jest zwykle wykonany z 95% wagowych papieru (pulpy drzewnej celulozy) i 5% wagowych polietylenu do powlekania w celu poprawy jego oporności na wodę i odporności na ciepło. Skład tego odpadowego opakowania pozwala na przeprowadzenie procesów pirolizy już w temperaturach około 400 – 500^oC.

Podobnie jak w przypadku jednorazowych kubków do spirolizowania nadają się również odpady opakowaniowe typu Tetrapak. Wielowarstwowe poliwęglowane tektury są szeroko stosowane jako opakowania dla napojów takich jak mleko lub soki. Ten system pakowania umożliwia dystrybucję i przechowywanie produktów niegdyś uważanych za łatwo psujące się bez chłodzenia przez dłuższy okres czasu. Tetrapaki zwykle składają się z papieru siarczanowego (około 70%), polietylenu o małej gęstości (około 25%) i folii aluminiowej (reszta – około 5%). Sumienny konsument, który chce segregować odpady, będzie miał poważny problem z klasyfikacją takiego odpadu. Niestety większość tego typu odpadów trafia na składowiska. Ekologicznym sposobom zagospodarowania tetrapaków może być proces pirolizy, ponieważ jest to odpowiednia metoda obróbki zarówno dla papieru, jak i tworzyw sztucznych. Ponadto aluminium może być usuwane stosunkowo łatwo ze stałych pozostałości procesu. Obecnie częściej stosowanym procesem jest piroliza niskotemperaturowa, aby zapewnić dobrej jakości odzyskiwane aluminium.

Źródło: Pixabay

3. Odpady gumowe

Gumy to elastomery (polimerowe tworzywa sztuczne lub naturalne) zbudowane z alifatycznych łańcuchów polimerowych, które zostały w pewnym stopniu usieciowane w procesie wulkanizacji. W związku z tym, że składają się z łańcuchów węglowych, doskonale nadają się do zastosowania jako wsad w procesach pirolizy.

• Opony

Opony to odpad zbudowany z gumy, który bardzo często zagospodarowuje się w procesach pirolizy niskotemperaturowej (której głównym produktem jest olej pirolityczny, uzysk wynosi około 38 – 56% wagowych, a ciepło spalania może wynosić aż do 40 MJ/kg).

• Oprócz opon pirolizie może być poddawany szereg odpadów, takich jak np. gumowe rękawice, badania przeprowadzone przez Waltera Kamińskyego pozwoliły na uzyskanie w procesie pirolizy tych odpadów aż 80,6% oleju, 18,2% gazu pirolitycznego oraz 1,2% karbonizatu w temperaturze nieprzekraczającej 600^o

4. Tekstylia

Ubrania i odpady tekstylne składają się z materiałów syntetycznych, takich jak włókna akrylowe, nylonowe i poliestrowe oraz z naturalnych materiałów, takich jak wełna, len, skóra, jedwab i bawełna. Bawełna składa się głównie z naturalnego polimeru – celulozy. Tak więc ten materiał powinien zachowywać się jak inne materiały biomasy podczas pirolizy. Z celulozy składają się również często używane naturalne tkaniny takie jak len, juta, włókna kokosowe, manila. Najczęściej wykorzystywane w przemyśle tekstylnym tkaniny polimerowe, w tym akrylowa tkanina tekstylna, pozwalają uzyskać w procesie pirolizy duże ilości gazu, wykorzystywanego do produkcji energii (ponad 60% zawartości gazu w powstających produktach).

5. Tworzywa sztuczne  (np. HDPE, LDPE, PET, PP, PS)

Tworzywa sztuczne nienadające się do recyklingu (np. odpady składające się z mieszaniny różnych tworzyw sztucznych), stanowią wielkie wyzwanie pod względem ich ekologicznego zagospodarowania. Ponieważ większość tworzyw sztucznych nie ulega biodegradacji, kierowanie ich na składowiska nie jest pożądanym rozwiązaniem z punktu widzenia ochrony środowiska. Tworzywa sztuczne, które nie mogą być odzyskiwane poprzez recykling surowcowy można przetwarzać termicznie. Aczkolwiek istnieje wiele kontrowersji dotyczących spalania tych odpadów, z uwagi na uwalnianie toksycznych substancji (np. dioksyny i furany).  Aby zapobiec tym szkodliwym procesom można stosować bardzo wysokie temperatury spalania, ale wymaga to ogromnych ilości energii, co wiąże się z wysokimi kosztami. Inną wadą tradycyjnego spalania jest to, że całkowicie niszczy on całą cenną materię organiczną.

Najlepszym rozwiązaniem dla zagospodarowania tworzyw sztucznych, których nie można zagospodarować ponownie w drodze recyklingu jest piroliza. Proces ten pozwala na przekształcanie odpadów z tworzyw sztucznych w cenne paliwa energetyczne, co oprócz pozytywnego wpływu na środowisko, jest również opłacalne ekonomicznie.

Źródła:

Potential of pyrolysis process in the waste management sector, D. Czajczyńska, L. Ghazal, R. Krzyżyńska, A.J. Reynolds, N. Spencer, H. Jouhara, Thermal Science and Engineering Progress, 2017
A comparative investigation into the formation behaviors of char liquids and gases during pyrolysis of pinewood and lignocellulosic components, Bioresource Technology, Xinhua Shi, Jie Wang, 2014
Pyrolysis of aseptic packages (tetrapak) in a laboratory screw type reactor and secondary thermal/catalytic tar decomposition, J.Haydary, D.SusaJ.Dudáš, 2013
Opportunities and barriers for producing high quality fuels from the pyrolysis of scrap tires, Idola Hita I in., 2015
Feedstock recycling of synthetic and natural rubber by pyrolysis in a fluidized bed, Walter Kaminsky, Carsten Mennerich, Zie Zhang, 2009
Activated carbons from acrylic textile waste, Mohamad Anas Nahil, Paul T. Williams, 2010

Oprócz wymienionych wyżej najczęściej występujących rodzajów odpadów, pirolizie mogą zostać poddane wszelkiego typu odpady składające się z substancji organicznych.

Metal Expert przeprowadził szereg badań pozwalających na sprawdzenie możliwości zagospodarowania różnych typów odpadów oraz pozostałości produkcyjnych. Opłacalność procesu pirolizy powinna być sprawdzana indywidualnie dla każdego rodzaju wsadu poprzez przeprowadzenie wstępnych badań próbki odpadu. Uzysk produktów procesu uzależniony jest temperatury procesu, a także od charakterystyki wsadu (wilgotność, skład chemiczny itp.) wsadu poddawanego pirolizie.

Jeśli są Państwo zainteresowani sprawdzeniem, czy posiadany odpad nadaje się do zagospodarowania w technologii pirolizy EL PIRO – zapraszamy do KONTAKTU