Κυκλική οικονομία:Μπορεί η ρύπανση να μετατραπεί σε πόρους;

Η καύση άνθρακα για την παραγωγή ενέργειας συνδέεται παραδοσιακά με τη ρύπανση του περιβάλλοντος από την έναρξη της Βιομηχανικής Επανάστασης. Ένα ρεύμα αποβλήτων (Flue Gas Desulfurization, FGD) που προέρχεται από την καύση άνθρακα σε σύγχρονους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής είναι ιδιαίτερα εμπλουτισμένο σε χημικά στοιχεία [1]. Χρησιμοποιώντας μια βιολογικά και φιλική προς το περιβάλλον προσέγγιση, το FGD μπορεί να καθαριστεί, δημιουργώντας πόρους και κέρδος στο τέλος του σωλήνα [2].

Αν και ο άνθρακας θεωρείται «βρώμικο» καύσιμο, η αφθονία του και η υψηλή ενεργειακή του πυκνότητα τον καθιστούν έναν πόρο που χρησιμοποιείται ευρέως στις μέρες μας για την παραγωγή ενέργειας. Μόλις καεί άνθρακας, ένα σημαντικό στοιχείο του σταθμού παραγωγής ενέργειας αφιερώνεται στον καθαρισμό των καυσαερίων. Η ιπτάμενη τέφρα διαχωρίζεται χρησιμοποιώντας σακούλες φίλτρου ή ηλεκτροστατικούς κατακρημνιστές (ESP), ενώ οι αέριοι ρύποι όπως NO_x και SO₂ αφαιρούνται χρησιμοποιώντας συστήματα Επιλεκτικής Καταλυτικής Αναγωγής (SCR) και Αποθείωσης Καυσαερίων (FGD), αντίστοιχα. ΟΧΙ_x (οξείδια του αζώτου) εμπλέκονται στο σχηματισμό αιθαλομίχλης και όξινης βροχής. SO₂ (διοξείδιο του θείου) είναι ένα τοξικό αέριο και ένας καθαρός παράγοντας στην όξινη βροχή.

Για την απομάκρυνση των οξειδίων του αζώτου, χρησιμοποιείται συχνά ουρία ή αμμωνία. Από την άλλη πλευρά, για την απομάκρυνση του διοξειδίου του θείου, ένας πολτός ασβέστη/ασβεστόλιθος ψεκάζεται στα καυσαέρια. Το ασβέστιο από τον πολτό αντιδρά με SO_2, παραγωγή γύψου (CaSO₄ ), ένα εμπορεύσιμο προϊόν, συν ένα ρεύμα νερού (FGD) εμπλουτισμένο σε χημικά στοιχεία όπως κάδμιο, υδράργυρος, νικέλιο, σελήνιο, ψευδάργυρος και άλλα. Από αυτά, το σελήνιο (Se) είναι γνωστό ως ισχυρό τοξικό για το περιβάλλον, ειδικά για τα υδάτινα οικοσυστήματα (ψάρια και πουλιά). Αξιοσημείωτα παραδείγματα δηλητηρίασης από Se είναι τεκμηριωμένα σε όλες τις ΗΠΑ και τον Καναδά, τα οποία οδήγησαν στην εικονική κατάρρευση ολόκληρων πληθυσμών ψαριών ή υδρόβιων πτηνών.

Ωστόσο, τείνουμε στις μέρες μας να μη θεωρούμε πλέον τα απόβλητα ως ανεπιθύμητα προϊόντα της ανθρώπινης δραστηριότητας αλλά μάλλον ως πιθανούς πόρους. Αυτή η προσέγγιση εμπίπτει σε μια νέα στρατηγική που ονομάζεταικυκλική οικονομία . Σε αντίθεση με τη γραμμική οικονομία στρατηγική που βασίζεται στον απαρχαιωμένο τρόπο παραγωγής που απορρίπτει τα απόβλητα που παράγονται στο τέλος του κύκλου παραγωγής, η κυκλική οικονομία προσπαθεί να ανακτήσει και να επαναχρησιμοποιήσει μέρος των πρώτων υλών και της ενέργειας που χρησιμοποιούνται [2].

Ένας πολύ ενδιαφέρον τρόπος για να καθαρίσετε και να ανακτήσετε πόρους από αυτές τις ροές FGD είναι μέσω του μικροβιακού μεταβολισμού. Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, οι επιστήμονες ανακάλυψαν μια νέα στρατηγική που χρησιμοποιούν τα βακτήρια για να παράγουν κυτταρική ενέργεια με τη μορφή ATP αναπνέοντας σελήνιο. Αυτή η διαδικασία είναι ανάλογη με τον τρόπο που εμείς οι άνθρωποι αναπνέουμε το οξυγόνο, εκτός από το ότι η αναπνοή με σελήνιο φαίνεται να είναι μια αρχαία στρατηγική που χρησιμοποιούν τα βακτήρια σε μια ατμόσφαιρα φτωχή σε οξυγόνο.

Ευτυχώς, αυτή η ανακάλυψη αποδείχθηκε ότι έχει πρακτικές εφαρμογές όταν χρησιμοποιούνται βιοαντιδραστήρες εμβολιασμένοι με μικροοργανισμούς ικανούς να μεταβολίζουν το σελήνιο με αυτόν τον τρόπο. Αυτή η προσέγγιση είναι γνωστή ως βιοαποκατάσταση , αφού μια βιολογική οντότητα, στην προκειμένη περίπτωση, τα βακτήρια, χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό των απορριμμάτων. Αυτό που κάνει την ιστορία ακόμα πιο ενδιαφέρουσα είναι τα πιθανά οφέλη από την αξιοποίηση αυτής της μεταβολικής ικανότητας. Ο μεταβολισμός του σεληνίου από βακτήρια οδηγεί σε νανοσωματίδια και, επίσης, σε βιοαέριο, όταν τα λύματα φορτίζονται επιπλέον σε οργανική ύλη. Εξειδικευμένοι μεθανογόνοι μικροοργανισμοί που υπάρχουν στη μικροβιακή κοινότητα που έχουν σπαρθεί στον βιοαντιδραστήρα είναι υπεύθυνοι για τη μετατροπή της οργανικής ύλης σε μεθάνιο.

Το σελήνιο χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία και έχει πολυάριθμες χρήσεις σε οικιακές εφαρμογές. Τα ηλιακά κύτταρα χρειάζονται σελήνιο για να μετατρέψουν αποτελεσματικά το φως σε ηλεκτρικά ρεύματα, η βιομηχανία γυαλιού το χρησιμοποιεί ως κόκκινη χρωστική ουσία και ακόμη και ορισμένοι τύποι χάλυβα έχουν αυτό το στοιχείο στη σύνθεσή τους. Στο σπίτι, το σελήνιο υπάρχει συχνά σε σαμπουάν κατά της πιτυρίδας ή σε συμπληρώματα διατροφής.

Όλα αυτά καθιστούν το σελήνιο πολύτιμο πόρο για την κοινωνία μας, που εγγυάται την ανάκτησή του και την επαναχρησιμοποίησή του από τα λύματα FGD. Ο άλλος πόρος που παράγεται από το FGD, το βιοαέριο, ένα μείγμα μεθανίου και άλλων αερίων, καίγεται για την παραγωγή ενέργειας και θεωρείται ανανεώσιμο καύσιμο, σε αντίθεση με τα πεπερασμένα ορυκτά καύσιμα όπως ο άνθρακας και το πετρέλαιο. Συνολικά, με την εφαρμογή της προσέγγισης της βιοαποκατάστασης, το βάρος της ρύπανσης από σελήνιο μπορεί να μετατραπεί σε κέρδος, επιπλέον της παροχής οικολογικής υπηρεσίας με την απόρριψη καθαρότερων λυμάτων στο περιβάλλον.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Flue gas desulfurization effluents:An unexploited selenium resource, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Fuel . Αυτή η εργασία διεξήχθη από την Δρ. Patricia Cordoba από το Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IDAEA-CSIC), Βαρκελώνη, Ισπανία και τον Δρ. Lucian Staicu από το Πολυτεχνικό Πανεπιστήμιο του Βουκουρεστίου, Ρουμανία.

Αναφορές:

1. Κόρδοβα, Πατρίσια. «Διαμερισμός και ειδογένεση του σεληνίου σε συστήματα αποθείωσης υγρών ασβεστόλιθων καυσαερίων (FGD):Μια ανασκόπηση». Καύσιμα 202 (2017):184-195.
2. Cordoba, Patricia and Staicu, Lucian. «Λύματα αποθείωσης καυσαερίων:ένας ανεκμετάλλευτος πόρος σεληνίου». Καύσιμα 223 (2018):268-276.
3. Ni, Thomas, Staicu, Lucian et al. «Πρόοδος προς κλωνοποιήσιμα ανόργανα νανοσωματίδια». Νανοκλίμακα 7 (2015):17320-17327.