Dr hab. inż. Michał Łach, prof. PK. Fot. archiwum zespołu CleanLake, źródło PK
Technologię, która jednocześnie oczyszcza jeziora, daje drugie życie odpadom i zamienia wodne zanieczyszczenia w nawóz dla rolnictwa opracowali naukowcy Politechniki Krakowskiej i Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Stworzyli inteligentne materiały na bazie odpadowych zeolitów i sorbentów, które wychwytują z wody związki azotu i fosforu, odpowiedzialne za eutrofizację. Po recyklingu można je przekształcić w nawóz do roślin z kontrolowanym tempem uwalniania składników pokarmowych.
Wyczekiwany urlop, upał, chciałoby się schłodzić w jeziorze. A tu… zakaz kąpieli. Woda mętna jak zupa, pełna sinic i glonów. Zmora wakacyjnych kurortów to tylko jeden z objawów eutrofizacji. Mianem tym określa się proces przeżyźnienia środowiska jezior, rzek i mórz prowadzący do nadmiernego wzbogacania wód powierzchniowych w biogeny – przede wszystkim związki azotu i fosforu. Intensywna działalność człowieka tylko go przyspieszyła. Do wód trafia coraz więcej zanieczyszczeń komunalnych, przemysłowych i z rolnictwa, co ma dla ekosystemów śmiercionośne skutki. Eutrofizacja prowadzi m.in. do masowego, niekontrolowanego rozwoju glonów i sinic, zmętnienia wody i ograniczenia dostępu światła do roślin, obumierania wodnej flory, śnięcia ryb i innych organizmów wodnych, zmniejszenia bioróżnorodności, pogorszenia jakości wody aż do pojawienia się w niej niebezpiecznych dla ludzi i zwierząt toksyn.
Uczestnicy międzynarodowego konsorcjum CleanLake, naukowcy z Polski, Niemiec i Litwy, opracowali systemy uzdatniania wody na bazie zeolitów pozyskiwanych z przemysłowych odpadów, przeciwdziałające procesowi eutrofizacji. To rozwiązanie na kilka sposobów wspiera środowisko przy wykorzystaniu zasad gospodarki obiegu zamkniętego.
– Opracowaliśmy innowacyjne sorbenty i zeolity, oparte na autorskiej metodzie ich produkcji, które w sposób celowany i selektywny usuwają z wody związki azotu i fosforu, atakując pierwotną przyczynę problemu eutrofizacji – wyjaśnia dr hab. inż. Kinga Korniejenko z Politechniki Krakowskiej, kierująca projektem CleanLake.
Metoda pozwala na przekształcenie uciążliwych, trudnych do zagospodarowania odpadów energetycznych i mineralnych w wydajne, kompozytowe sorbenty o precyzyjnie zaprojektowanej strukturze porowatej. Materiały te mogą składać się nawet w 80% z surowców odpadowych, co drastycznie obniża koszty produkcji i redukuje ilość odpadów trafiających na składowiska. Kluczem do przełomu było odejście od tradycyjnych, energochłonnych i kosztownych metod wytwarzania zeolitów.
– Nasza technologia polega na niskotemperaturowej syntezie zeolitów z odpadów przemysłowych, takich jak popioły lotne, popioły ze spalania biomasy, itp. W procesie wykorzystujemy roztwory alkaliczne o niskim stężeniu, nieprzekraczającym trzech moli na litr, oraz temperatury rzędu zaledwie 20–25 stopni Celsjusza. To znacząco odróżnia naszą metodę od klasycznych, wymagających aktywacji hydrotermalnej w podwyższonych temperaturach i ciśnieniu. Kluczowe jest również to, że nasze złoża sorbentowo-zeolitowe składają się z różnych materiałów wytwarzanych w Polsce i na Litwie – dodaje dr hab. inż. Michał Łach z Politechniki Krakowskiej.
Zanim powstała technologia, dokonano oceny i szczegółowej charakterystyki różnych odpadów przemysłowych, takich jak popioły lotne i denne z elektrociepłowni, pozostałości po spalaniu biomasy czy odpady wydobywcze. Kolejny etap to właściwa produkcja zeolitów metodą aktywacji alkalicznej. Naukowcy zoptymalizowali proces pod kątem uzyskania pożądanej struktury porów, maksymalizacji powierzchni właściwej oraz zdolności do wymiany jonowej, co bezpośrednio przekłada się na skuteczność sorpcyjną gotowego materiału.
Zespół projektu podczas badań. Fot. archiwum zespołu CleanLake, źródło PK
Potem trzeba zneutralizować wysokie pH, czyli staranne umyć i oczyścić produkt z wykorzystaniem zamkniętego obiegu wody procesowej, co eliminuje ryzyko przedostania się zanieczyszczeń do środowiska. A dalej następuje formowanie kompozytowych materiałów sorpcyjnych, które charakteryzują się wysokim powinowactwem do jonów azotu i fosforu, czyli głównych sprawców eutrofizacji.
Jak to działa w praktyce? Z wykorzystaniem inteligentnych materiałów sorpcyjnych można budować wodną infrastrukturę o podwójnym zastosowaniu. Ścieżki czyszczące na brzegach jezior i stawów, pomosty dla ptactwa czy podwodne siedliska dla małych zwierząt i ryb, mogą służyć i ludziom i zwierzętom, a jednocześnie dzięki umieszczeniu w nich inteligentnych sorbentów, redukować ilość fosforu i azotu w wodzie.
– Sorbent po zużyciu – gdy jest już nasycony zanieczyszczeniami/biogenami – nie trafia na składowisko. Może być przetwarzany np. na nawozy o spowolnionym uwalnianiu, co zamyka obieg składników odżywczych, zwraca je do cyklu rolniczego i wspiera zrównoważoną produkcję żywności. W ten sposób odpady stają się nie tylko skutecznym sorbentem, ale i cennym nawozem, który wspomaga wzrost roślin – tłumaczy dr inż. Agnieszka Grela z Politechniki Krakowskiej.
Na kampusie głównym Politechniki Krakowskiej można już zobaczyć, jak rosną rośliny zasilane nawozem powstałym właśnie z odpadów materiału sorpcyjnego.
– Doświadczenia prowadzimy w kontrolowanych warunkach. Monitorujemy wzrost roślin. Uzyskane wyniki porównamy z efektami nawożenia, uzyskanymi przy zastosowaniu produktów rynkowych, wykorzystywanych w uprawie pszenicy i rzepaku – zapowiada dr inż. Agnieszka Grela. – Badania pozwolą ocenić, czy materiały, które wcześniej służyły do oczyszczania wód, mogą zostać ponownie wykorzystane jako skuteczne nawozy o kontrolowanym uwalnianiu składników niezbędnych do prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin. Takie rozwiązanie wpisuje się w założenia gospodarki o obiegu zamkniętym, ograniczając ilość odpadów oraz zwiększając efektywność wykorzystania surowców.
Opracowane rozwiązanie testowane jest w rzeczywistych warunkach na Jeziorze Kierskim. W przyszłości będzie mogło być stosowane nie tylko w jeziorach, ale również w wodach płynących, zbiornikach retencyjnych, rowach melioracyjnych i systemach podczyszczania wód opadowych. Z ekonomicznego punktu widzenia technologia oferuje możliwość produkcji tanich, skalowalnych i wysokowydajnych sorbentów, których koszt wytworzenia jest nieporównywalnie niższy od dostępnych na rynku komercyjnych odpowiedników.
– System może się przyczynić do poprawy jakości wód, ograniczenia zakwitów glonów, ochrony bioróżnorodności i poprawy warunków życia lokalnych społeczności. Jednocześnie wykorzystanie popiołów lotnych, odpadów antropogenicznych i diatomitu tworzy nowe możliwości zagospodarowania surowców mineralnych oraz odzysku związków biogennych, które po związaniu w złożach mogą być dalej badane jako potencjalne składniki nawozowe – podsumowuje dr hab. inż. Michał Łach.
W powstanie technologii zaangażowani byli naukowcy z Politechniki Krakowskiej (lider konsorcjum), Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Akademii Górniczej we Freibergu oraz Wileńskiego Uniwersytetu Technicznego im. Giedymina.
(MK, źródło: PK)
