Μελέτη και χρήση βιοπανθρακωμάτων για περιβαλλοντικές και ενεργειακές εφαρμογές
Loading...
Date
2025-03-08
Authors
Παπαδόπουλος, Αντώνιος - Αλκίνοος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Το γραμμικό οικονομικό μοντέλο, αν και έχει οδηγήσει σε αδιανόητη οικονομική ανάπτυξη, έχει προκαλέσει σοβαρές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όπως η εξάντληση των φυσικών πόρων και η ρύ-πανση. Η συνεχιζόμενη αύξηση του πληθυσμού και της κατανάλωσης αναδεικνύει τα όρια αυτού του μοντέλου, με την επιδείνωση των περιβαλλοντικών προβλημάτων. Ως απάντηση σε αυτές τις προ-κλήσεις, η κυκλική οικονομία προτείνει ένα αναγεννητικό σύστημα όπου οι πόροι ανακυκλώνονται και τα απόβλητα ελαχιστοποιούνται, προωθώντας τη βιωσιμότητα. Στρατηγικές όπως η μετατροπή οργανικών αποβλήτων σε βιοενέργεια και η θερμική επεξεργασία της βιομάζας για την παραγωγή πολύτιμων υλικών, όπως ο ενεργός άνθρακας, αναδεικνύουν την ανάγκη για αποδοτική διαχείριση πόρων και βιώσιμη ανάπτυξη.
Τα κελιά καυσίμου αναδεικνύονται ως μία περιβαλλοντικά φιλική εναλλακτική έναντι των συμβα-τικών μηχανών καύσης, μετατρέποντας χημική ενέργεια σε ηλεκτρική με σχετικά μεγάλη απόδοση. Πρόκειται για απλές ηλεκτροχημικές διατάξεις αποτελούμενες από δύο ηλεκτρόδια, της ανόδου και της καθόδου, έναν ηλεκτρολύτη και παρουσία ενός οξειδωτικού μέσου, συνήθως οξυγόνο, παράγουν ηλεκτρική ενέργεια μέσω αναγωγικών αντιδράσεων. Με την προσθήκη κατάλληλου τρίτου ηλεκτρο-δίου είναι δυνατή η δημιουργία ενός υπερπυκνωτή, κάνοντας δυνατή την αποθήκευση της παραγό-μενης ενέργειας. Επιπλέον, με την χρήση της διάταξης δύο ηλεκτροδίων και παροχής ηλεκτρικού ρεύματος γίνεται δυνατή η απομάκρυνση ρύπων από υδατικά διαλύματα.
Από δεδομένα προηγούμενων μελετών, επιλέχθηκαν φυτικά και ζωικά οργανικά απόβλητα για την αξιοποίηση τους, κατόπιν επεξεργασίας, ως ηλεκτροκαταλύτες, υπερπυκνωτές και προσροφυτές σε ηλεκτρόδια από ύφασμα άνθρακα. Τα βιοαπανθρακώματα που προκύπτουν από απόβλητα αναε-ρόβιας χώνευσης κατόπιν μόνο πυρόλυσης και χωρίς χημική ενεργοποίηση χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των ζητούμενων ηλεκτροκαταλυτών και υπερπυκνωτών, ενώ τα βιοαπανθρακώματα που προκύπτουν από την φυτική λούφα ύστερα από πυρόλυση και χημική επεξεργασία, μελετώνται ως προς τις προσροφυτικές τους ιδιότητες και ύστερα χρησιμοποιούνται για την παρασκευή ηλεκτροδί-ων-προσροφυτών. Στις δύο περιπτώσεις αυτές, η χρήση των βιοαπανθρακωμάτων έχει διπλή περι-βαλλοντική σημασία.
Τα παραγόμενα βιοαπανθρακώματα έχουν αρκετά διαφορετικές ιδιότητες λόγω των διαφορετι-κών πρώτων υλών και διαδικασίας παραγωγής τους. Τα απόβλητα αναερόβιας χώνευσης παρουσιά-ζουν την μικρότερη ειδική επιφάνεια επαφής, SSAWaste= 75 m2 g-1 , αλλά την μεγαλύτερη διαθεσιμό-τητα σε ενεργά μεταλλικά είδη στην επιφάνειά τους, M%Waste=5.63, γεγονός που αιτιολογείται από την απουσία χημικής ενεργοποίησης. Ενώ τα βιοανθρακώματα λούφας, παρουσίασαν μεγάλη αύξη-ση της ειδικής τους επιφάνειας κατά την χημική τους ενεργοποίηση, από SSAloufa= 330 m2 g-1 προς SSAloufaact= 1337 m2 g-1, εις βάρος της σύστασής τους σε ενεργά επιφανειακά μεταλλικά κέντρα, από M%Waste=1.91 προς M%Waste=0.60.
Η λειτουργία των βιοανθρακωμάτων αποβλήτων ως ηλεκτροκαταλύτες θεωρείται επιτυχημένη καθώς παρατηρείται σημαντικά καλύτερη καταλυτική ιδιότητα σε σχέση με τα ηλεκτρόδια Carbon Black σε Carbon Cloth και μικρή αντίσταση μεταφοράς φορτίου, Rct,Waste= 5.22 kΩ. Ενώ, με εναπόθεση Pt στην επιφάνεια του βιοανθρακώματος παρατηρείται αρκετά συγκρίσιμη συμπεριφορά χωρίς ι-διαίτερη βελτίωση. Επιπλέον, τα συγκεκριμένα βιοαπανθρακώματα καταφέρνουν να αποθηκεύσουν ενέργεια μέσα στο ηλεκτροχημικό κελί, δημιουργώντας διεπιφάνεια με τον ηλεκτρολύτη χωρητικότη-τας CWaste=8.85 F g-1.
Τέλος, τα βιοαπανθρακώματα λούφας παρουσίασαν αρκετά καλή προσροφητική συμπεριφορά από την φύση τους κατά την προσρόφηση ιόντων χρωστικής χωρίς επιβολή τάσης. Η επιβολή τάσης παρουσίασε παρεμποδιστικό ρόλο στην συμπεριφορά τους, πιθανώς λόγω ηλεκτρικών επιφανειακών φαινομένων. Γεγονός που καθιστά τα υλικά αυτά ως γενικά καλούς προσροφητές, αλλά αναποτελε-σματικά στην χρήση τους για χωρητικό απιονισμό. Βέβαια, τα αποτελέσματα αυτά εξαρτώνται αρκε-τά από τις συνθήκες στις οποίες έλαβαν χώρα τα πειράματα και χρίζουν περεταίρω έρευνας.
Description
Keywords
Βιοαπανθρακώματα, Ηλεκτροχημεία, Προσρόφηση