Отработанная туалетная бумага (WTP) не часто считается активом. На самом деле, большинство людей обычно предпочитают вообще не думать об этом. Тем не менее, это богатый источник углерода, содержащий 70-80 мас.% Целлюлозы в пересчете на сухое вещество.
В среднем жители Западной Европы производят 10-14 кг макулатуры на человека в год. Накапливаясь в фильтрах городских сточных вод, он составляет небольшую, но значительную часть городских отходов.
При этом макулатура туалетной бумаги – мечта бизнесмена, ведь это одно из немногих видов сырья с отрицательной стоимостью.
Хотя это может варьироваться в зависимости от страны и региона, в Нидерландах очистные сооружения сточных вод платят около 70 евро за тонну, чтобы избавиться от WTP. Таким образом, это чрезвычайно привлекательный ресурс, поскольку люди фактически будут платить вам, чтобы вы забрали его из своих рук.
Будучи такой «настоящей расточительностью», WTP предлагает прекрасную возможность для замыкания циклов, повышения эффективности использования ресурсов и создания действительно замкнутой экономики. Для химиков UvA использование ВС в качестве ресурса для выработки электроэнергии является «окончательной концепцией утилизации отходов».
Только в регионе Амстердама ежегодно производится около 10 000 тонн водопроводных сетей, которых достаточно для питания 6400 домов.
Более того, поскольку целлюлоза в WTP поступает из деревьев, производимая электроэнергия является возобновляемой. Это дает прекрасную возможность удовлетворить потребности общества в возобновляемых источниках энергии.
Возобновляемые ресурсы часто показывают прерывистые пики. Стебли растений можно переработать, но только после сбора урожая; солнечный свет доступен в дневное время (и зависит от облачности); и подача ветра так же предсказуема, как и погода. Однако использованная туалетная бумага – это постоянно доступный ресурс.
Исследовательский проект Амстердам-Утрехт, возглавляемый профессорами UvA Гади Ротенбергом и Бобом ван де Цвааном из Института молекулярных наук Ван ‘т Хоффа UvA, предложил простой двухэтапный процесс преобразования WTP, создавая прямой путь от нежелательных отходов. к полезному продукту.
Магистрант Эльс ван дер Рест изучил возможность комбинирования устройств для газификации ВС (этап 1) с высокотемпературными твердооксидными топливными элементами (ТОТЭ), способными напрямую преобразовывать газ ВС в электричество.
Целью проекта было оценить осуществимость такой системы преобразования ВС в электричество в масштабе 10 000 тонн ВС в год на основе реальных значений параметров. Используя методы технико-экономического анализа, команда представила базовую схему процесса, общий энергетический баланс и экономическое исследование этой концепции.
Данные для экспериментов и расчетов были получены в сотрудничестве с Амстердамской компанией по переработке отходов (afvalenergiebedrijf, AEB).
В статье с открытым доступом, опубликованной в международном рецензируемом журнале Energy Technology, исследователи представляют базовую конструкцию системы, а также ее выработку электроэнергии и общую эффективность на основе подробных расчетов баланса массы и энергии.
Общий электрический КПД составляет 57%, как и у электростанции комбинированного цикла, работающей на природном газе. Нормированная стоимость электроэнергии (LCOE, показатель, используемый для последовательного сравнения методов производства электроэнергии) составляет 20.3¢/ кВтч.
В настоящее время это сопоставимо с бытовыми фотоэлектрическими установками.
Капитальные затраты на систему все еще относительно высоки, в основном из-за инвестиционных затрат на топливные элементы. Но ожидается, что они будут уменьшаться по мере развития рынка топливных элементов.
Эксплуатационные расходы относительно низкие, отчасти благодаря высокой термодинамической эффективности (ок. 70%). Исследователи ожидают, что эффекты обучения могут сделать систему более конкурентоспособной в будущем с LCOE около 11 ¢/ кВтч.
Команда проекта пришла к выводу, что у превращения использованной туалетной бумаги в электричество есть будущее. «Когда мы обсуждаем эти результаты с компаниями, люди очень воодушевляются», – говорит проф. Ротенберг. Тем не менее, ни одна голландская компания или муниципальный орган пока не желали инвестировать в дальнейшее развитие.
В настоящее время команда рассматривает возможность вывода своей концепции за границу: «Мы можем увидеть, как в Китае строится первая электростанция, перерабатывающая ВС в электричество», – считает Ротенберг.