Hoppa direkt till innehållet
printicon

Från avfall till resurs: hur bättre förståelse av bindningsmekanismer av essentiella spårämnen i biokol kan förbättra biogasproduktion

Forskningsprojekt Text kommer här ...

Text kommer här ...

Projektledare

Eleonora Borén
Postdoktor
E-post
E-post
Telefon
090-786 80 57

Projektöversikt

Projektperiod

2019-01-01 2021-12-31

Finansiering

FORMAS mobilitetsstöd till forskare tidigt i karriären

Forskningsämne

Energiteknik

Projektbeskrivning

Biokol är den fasta produkt som återstår efter biomassa har termiskt behandlats i syrefri miljö. Men biokol är en mångfacetterad produkt, där dess egenskaper har kraftigt influerats av dels vilken biomassa som använts samt vilka termiska processförhållanden den utsatts för. Detta gör varje biokol unikt - vilket dels är en utmaning men framförallt en kraftfull styrka då biokolets egenskaper kan skräddarsys utifrån tillverkningsförhållanden för optimera dess användning. Biokol kan användas som t.ex. absorbent i vattenrening, jordförbättrare, bränsle i värme och energiproduktion och i det nyligen upptäckta området, för att förbättra biogasproduktion.Biokolanvändning är inget nytt fenomen, redan i forntida Egypten, 3750 f.Kr. användes biokol som reningsmetod för att ta bort föroreningar av koppar, zink och tenn vid bronstillverkning. I antikens Grekland, 400 f.Kr. rekommenderades biokol för vattenrening och samtida skepp lagrade sitt vatten på kolade tunnor för att förlänga dess kvalité, ett förfarande som fortskred fram till 1700-talet.De senaste åren har biokol för vattenrening fått ett rejält uppsving, dels då det visat sig vara ett kostnadseffektivt och miljövänligt alternativ jämfört med fossilbaserat aktivt kol - något som även öppnar nya användarmöjligheter i utvecklingsländer och övergångsländer, dels som jordförbättrare, och dels som processförbättrare i biogasproduktion.Biogas bildas vid nedbrytning av organiskt material av mikroorganismer i syrefri miljö, så kallad anaerob nedbrytning. Biogas är rik på metan och kan användas till el- och värmeproduktion eller vidare upparbetas till transportbränsle. I Sverige finns flera biogasanläggningar som drivs av vårt avloppsslam och matavfall. Kvar blir även en rötrestprodukt, som delas in en fast del som kan spridas på åkrar som jordförbättrare och en vattenfas, en restvattenström.För att effektivt kunna producera biogas behöver mikroorganismerna så kallade essentiella spårnäringsämnen, t.ex. järn, nickel, kobolt. Dessa kan finnas i det organiska materialet men behövs ofta tillsättas separat, vilket är kostsamt och kräver försiktig dosering för att inte bli toxiskt. Efter produktion kommer en del spårämnen fastna i den fasta rötresten och tillgodogöras som jordförbättrare men en betydande del kommer försvinna med restvattnet.Detta projekt avser förbinda de två applikationerna: vattenrening och biogasproduktion, för att skapa ett innovativt synergistiskt kretslopp av essentiella spårämnen, samt att därigenom omvandla vattenreningsavfall till en näringsämneskälla i biogasproduktion. I kretsloppet används biokol först till vattenrening av t.ex. restvattnet från en biogasanläggning, och fångar upp spårämnena vilket sedan användas som ett spårämnesberikat additiv som nu (utöver sina redan goda processegenskaper) även tillför näringsämnen till mikroorganismerna.Detta projekt kommer fördjupa vår förståelse av hur metalliska spårämnen binds till biokol och hur de kan göras tillgängliga som näringsämnen. Ett problem är nämligen att även om spårämnena nu finns tillsatta, kan de vara kemiskt bundna i en form som mikroorganismerna inte kan tillgodogöra sig. Detta kommer studeras med hjälp av avancerade karakteriseringstekniker av biokolets yta och metallernas bindningsmekanismer i biokolen. För att utröna det sistnämnda, hur metallatomerna är bundna, kommer avancerade röntgenbaserade tekniker användas, så kallade synkrotronbaserade analytiska metoder.Projektet kommer att utföras under 3 år med IHE Delft Institute for Water Education, i Nederländerna, vilket har framstående expertis inom vattenrening och energiförsörjning med fokus på utvecklingsländer. I den tilltänkta forskargruppen jobbar de med biokol som reningsmetod och har nyligen breddat sin biogasforskning till biokoladdition, men applikationerna studeras enskilt. För att åstadkomma denna applikationsfusion kommer jag jobba med experimentell design och multivariata analysmetoder för att kunna koppla ihop biokolegenskaper med enskilda och interagerande processfaktorer vid tillverkningsprocessen.Projektets mål är att kunna skräddarsy biokolens egenskaper utifrån tillverkningsförhållanden. Resultaten har potential att 1) optimera en vattenreningsabsorbent för att maximera upptag av spårämnen i biotillgängliga former, 2) utveckla ett material med näringsämnen som frigörs långsamt, 3) reducera kostnader för näringsämnestillskott och 4) sluta spårämnescykeln vid biogasproduktion.