Проф. Станислав Василев открива, че тя чисти въздуха от СО2 не само по време на изгарянето, но и след това

До революционни изводи за допълнителни предимства на биомасата и пепелта й, които могат да се окажат ключ към решаването на проблема с глобалното затопляне и мръсния въздух, достига проф. Станислав Василев от Института по минералогия и кристалография към БАН. Чрез иновативен подход той установява, че при изгарянето на различни видове биоотпадъци не просто не се отделя, а дори остатъчният прах улавя въглероден диоксид от атмосферата. Така става ясно, че при изпепеляването на биологични отпадъци се постига двоен ефект – въздухът не само не се замърсява, а се пречиства от вредното съединение.

Бившият експерт към Европейската комисия забелязва, че в зависимост от свойствата и състава на използваната суровина се „хващат“ средно 22% от емисиите на СО2 във въздуха. Най-ефикасна се оказва пепелта от букови стърготини, която абсорбира в състава си 34% от този газ.

Проф. Василев

обаче не спира дотук.

Той подлага на последващи наблюдения получената пепел от няколко вида биомаса, като я съхранява дълго време и я подлага на изветряне. Забелязва, че тя продължава да чисти въглеродния диоксид от атмосферата, което вече води до тройна полза.

Именно тези анализи, както и останалите трудове на професора стават причина публикациите му в престижни издания да са споменавани над 7600 пъти, а 33 от тях влизат в класацията на базата данни Scopus за топ 10% на най-цитираните статии в своята сфера на знание. Той попада в топ 2% на учените в света в класацията на Станфордския университет.

Проблемът със СО2 тревожи международната общност от години. Известно е, че е основният замърсител на атмосферата представлява 72% от всички парникови газове, получени от човешката дейност. На него се дължат промените в климата, допринася за образуването на киселинни дъждове и смог, които от своя страна водят до здравословни проблеми. От мръсния въздух годишно в ЕС умират 400 000 души, става ясно от доклад на Европейската агенция за околна среда от миналата година.

Началото на 2020-а обаче беше изключение в това отношение. Тогава по естествен начин атмосферата в цял свят започна да се изчиства.

Снимки на свободно „дишащи“ градове от цял свят се появиха по време на локдауна

в началото на пандемията от COVID-19, която иначе се отрази негативно върху цели отрасли от икономиката.

Върху проучванията на свойствата на пепелта от биомаса за улавяне на СО2 обаче кризата не е оказала сериозно въздействие. Проф. Василев признава, че най-същественият недостатък на дистанционната работа е била липсата на участие в научни форуми в чужбина. Там, където споделя с колеги от цял свят постигнатото и обменя идеи за бъдещи иновативни изследвания.

Но затварянето дава възможност на хората на науката да се концентрират върху изводите от дългогодишната си работа, както и за възможните приложения на получените резултати. Както се случва и при проф. Василев. Именно през 2020 г. излиза статията му в международното сп. Energy Conversion and Management, озаглавена „Допълнително улавяне и съхранение на CO2 чрез карбонатизация на пепелта от биомаса“.

В публикацията се описват детайлно процесът и подходът на професора към проблема.

Как се стига до пробива?

Иновативното изследване е резултат на повече от 10-годишен труд, при това екипът

не е подозирал предварително до какви фундаментални изводи ще го доведат опитите.

Те са частично финансирани по програмата на МОН ЕПЛЮС и са провеждани в БАН, в Института по енергия и транспорт към ЕК в град Петен, Нидерландия, както и в Техническия университет в град Тайюан, Китай. В този процес Станислав Василев се опира на знанията си за характеристиките на въглищата и други твърди горива като петролен кокс и битови отпадъци. Проучвал ги е, преди да се заеме с изследване на биомасата и пепелта й вследствие на изгаряне, газификация и пиролиза.

Работата е разделена на няколко етапа. В първия са набавени проби от суровините – 8 вида биомаса.

Те не са случайно подбрани, а след предварителен анализ на елементите им – кой е най-богат на калций, магнезий, силиций, желязо, натрий или алуминий, калий, фосфор и други. За да може опитите да са представителни, са потърсени суровини с коренно различен състав и свойства. Така за опитите са избрани букови стърготини, трева, слънчогледови люспи, орехови черупки, сливови костилки, царевични кочани, морски водорасли и оризови люспи. Експериментите са извършени поотделно с всеки вид.

В следващия етап пробите са подготвени за анализ

чрез раздробяване, смилане, пресяване, разтваряне,

изпепеляване при различни температури и други процедури.

„Третата стъпка е изследване на биомасата и получената пепел

чрез комплекс от аналитични методи – обяснява проф. Василев. – Те включват химични, рентгенографски, микроскопски, термични, спектроскопски, лазерни, флуоресцентни и абсорбционни анализи.“ След това всички данни се обработват, систематизират и се правят изводи. Изтъкнатият учен установява още, че в пепелта на биомасата се съдържат 79 елемента от общо 118 в Менделеевата таблица. Някои от тях са опасни – арсен, живак, олово, но други са ценни – злато, сребро, мед. Накрая всички данни и изводи са публикувани в научни отчети, доклади и публикации.

Веднага след това много учени тръгват по същия път. Първо в Европейския съюз, в чийто Съвместен изследователски център и Комитет по въглища и стомана на ЕК проф. Василев е бил член, а по-късно и в останалите страни. Дори в Китай, където 60% от производството на енергия е от въглища, се убеждават, че биомасата може да помогне за решаване на проблемите със замърсяването на въздуха, глобалното затопляне и промените в климата.

Все още обаче едва 15% от индустрията в света се базира на биоотпадъци.

Само 7 милиарда тона

от генерираните ежегодно в резултат на фотосинтезата 220 милиарда тона растителна биомаса се оползотворяват като биогориво. У нас това се случва главно в бита и в ТЕЦ-овете, в по-малки консервни фабрики и други преработващи предприятия, които разполагат със собствени горивни инсталации. Отделената енергия се използва предимно за отопление в оранжериите. В ЕС стотици ТЕЦ-ове в една или друга степен включват биомаса.

Пионери с най-широко приложение на екосуровините са Австрия, Германия, Нидерландия, Великобритания и Скандинавските страни, където успешно заменят въглищата с биоотпадъци.

„Основното им предимство пред изкопаемите горива е способността да се възобновяват и оттам да генерират въглеродно-неутрална енергия, тъй като освободеният при нейното изгаряне CO2 е еквивалентен на акумулирания в биомасата по време на фотосинтезата – обяснява проф. Василев. – Фундаменталната разлика в химическия състав в сравнение с въглищата е по-ниското съдържание на въглерод и по-високата концентрация на кислород и водород. Поради тази причина използването на биомасата като заместващо базово гориво обещава по-чист въздух в бъдеще, а останалите възобновяеми енергийни източници могат да имат само спомагателна роля в енергийния баланс.”

В света ежегодно се освобождават над 38 милиарда тона CO2,

което е с около 70% повече в сравнение с прединдустриалния период. В същото време горите и зелените площи абсорбират крайно недостатъчно количество – едва между 9,5 и 11 милиарда тона. Затова е необходимо да се прилагат технологии за редуциране на емисиите от въглероден диоксид. В момента се използват 4 вида.

Една от тях е именно изгарянето на биомаса. Количеството на ежегодно генерираната пепел се изчислява на около 480 милиона тона в световен мащаб. „Този отпадъчен продукт има ограничено индустриално приложение и обикновено се съхранява на насипища, където изветря – обяснява проф. Василев. – Проведените от нас изследвания върху разнообразни типове биомаса показват, че по време на изгарянето им в пепелта им

интензивно се образуват карбонатни минерали

на алкалните (калий и натрий) и алкалоземните (калций и магнезий) елементи, които имат свойството да улавят CO2. Тези карбонати се получават в резултат на взаимодействието между CO2 от димните емисии и новосформираните алкални и алкалоземни оксихидроксиди в пепелта. Допълнителните ни изследвания за пепелта, съхранявана дълго време и подложена на изветряне, показват, че в тези отпадъчни продукти продължават да се формират нови карбонати и бикарбонати като реакция между нереагиралите компоненти в пепелта и CO2 в атмосферата.

Следователно тя има потенциала да улавя допълнителни количества CO2, като този феномен спомага за намаляване на атмосферния CO2 и допринася за ограничаване на глобалното затопляне.“

Получената чрез изгаряне на биоотпадъци пепел би могла да се използва още за производство на строителни материали, тор, за пречистване на води от химикали, като подобрител на кисели почви и сорбент, за синтез на минерали и материали и извличане на ценни компоненти и елементи.

Освен това вредните емисии на CO2 могат да се намалят с около 13 милиарда тона, ако потреблението на биомаса се увеличи с 35%, показват проучванията. Изводът е, че тази мярка в съчетание със залесяване, особено на нископродуктивни, ерозирали и замърсени терени, може да помогне за решаване на проблема с глобалното затопляне и мръсния въздух.

Неслучайно Европейският съюз си постави за цел до 2050 г. страните членки да изтеглят от атмосферата толкова СО2, колкото произвеждат, в усилията си да неутрализира въздействието на въглеродния диоксид.

„Постигането на нулев баланс на въглеродни емисии не означава напълно да се лишим от тях, а да намерим начини да компенсираме всякакъв евентуален ръст“, става ясно от Зеления пакт на Европейския съюз от 2019 г. Това не предполага да не произвеждат СО2, а да изтеглят толкова, колкото образуват. Дългосрочната стратегия до 2050 г. предвижда страните от ЕС да изчистят всички емисии на парникови газове, за да осигурим бъдеще на планетата.