Az iparágak fejlődésével és modernizációjával, valamint a környezetvédelmi szabályozások szigorodásával a következő évtizedekben az energiaszektor megújuló energiaszolgáltatás irányába történő mozdulása várható. Ezzel párhuzamosan szakértők elemzése és becslései szerint a világ hulladék termelése növekedik, egyes országoknál pedig ez fokozottabb tendenciát fog mutatni a közeljövőben. Hazánkban az utóbbi évek adatai alapján a keletkező települési szilárd hulladék jelentős részének (>50%) lerakása történik. A hulladékkezelési prioritás szempontjából a hulladékban lévő energia hasznosítása lenne indokolt, mellyel javulna az ország hulladékgazdálkodásának jelenlegi szintje. Ezek figyelembevételével elengedhetetlen tehát a környezetvédelmi normákhoz igazodó hulladékkezelési eljárások kutatása és fejlesztése. A kutatómunkám keretén belül olyan hulladékkezelési technikákat vizsgáltam egy komplex és tudomásom szerint még nem vizsgált anyag esetén, melyek segítségével hulladékból megújuló energiát, energiaforrást lehet kinyerni.
A kutatás során többféle anaerob eljárást vizsgáltam egy hazai hulladékkezelő telepről származó speciális szennyvíz tekintetében. Az egyik ezek közül a már régebb óta ismert és egyes országokban elterjedt metanogén (biogáz) fermentáció volt. Választásomat Magyarország földrajzi és mezőgazdasági adottságai is indokolják, mivel ezek kedvező tényezők a biomasszát hasznosító eljárások elterjedésében. A biogáz sokrétűen hasznosítható energiaforrás, mely tisztítás után akár a gázhálózatba, vagy közlekedési célokra is felhasználható. A másik alkalmazott eljárás a hidrogén fermentáció volt, mely során egy másik ígéretes energiahordozót, a hidrogént nyerhetjük ki mikroorganizmusok segítségével szintén szervesanyagok oxidálása révén. A hidrogén üzemanyagcellákban történő felhasználása környezetvédelmi szempontból kedvezőbbnek számít, mint a belső égésű motorok használata. Az utóbbi években a közlekedés terén egyre inkább terjednek az üzemanyagcellás megoldások, melyek indokolják a hidrogén alternatív úton történő előállításának lehetőségeit. Végül, az üzemanyagcellák egyik speciális változatával a mikrobiális üzemanyagcellával (MÜC) is folytattam vizsgálatokat. Az ilyen típusú bioelektrokémiai rendszerek több előnyös tulajdonsággal is rendelkeznek az üzemanyagcellákra jellemző előnyökön felül. Ezek közül kiemelendő a betáplált anyagtól függően az energiatermelés mellett történő hatékony szervesanyag lebontás és közvetlen elektromos energia indukálása. A MÜC főként az utóbbi évtizedekben került előtérbe a kutató
85
közösség számára. Egyes mechanizmusai nem teljesen tisztázottak, illetve energiatermelési hatékonysága még nem kompenzálja a befektetési költségeit, ezért jelenleg is kutatási fázisban van.
A munkám egyrészt ezeknek az eljárásoknak a működőképességét és egyfajta összehasonlítását, másrészt pedig egy hazai hulladékkezelő telepről származó igen komplex szennyvíz, úgynevezett préselt biofrakció (PBF) lebonthatóságának és kötött energia potenciáljának vizsgálatát célozta meg.
A kezdeti laboratóriumi vizsgálatok alapján az eddig ismeretlen összetételű minta igen komplex karakterisztikát mutatott. Mivel inokulum forrásként egy biogáz telepről származó anaerob iszapot (Agrosepicál Kft., Pálhalma) használtam, a metanogén fermentációs eljárással kezdtem a PBF vizsgálatát. A kutatási terv alapján megállapítottam, hogy az 1:1 arányú minta és inokulum keverék bizonyult kedvezőnek a biogáz termelés szempontjából, így a továbbiakban is ezzel az aránnyal dolgoztam. A hidrogén fermentációs kísérleteknél az 1:1 arányú keverékeknél az előzetes hőkezelés és a kiindulási pH 5 érték bizonyult előnyösnek a hidrogénképződés szempontjából. A MÜC előzetes, többlépcsős biofilm stabilizálási folyamatát követően reinokulációs vizsgálatokat végeztem, ahol a nagyobb inokulumbevitelre a rendszer negatívan reagált, amit az alacsony 1,3-2,0 % közötti Culombikus hatásfok (CE) érték is alátámasztott. Ezt követően szimplán PBF minták adagolásával javult a MÜC-ák elektromos hatékonysága és a CE értéke is 2,9 %-ra emelkedett. Az eredmények alapján összességében elmondható, hogy mind a három módszer pozitívan reagált a PBF-ra, az egyes eljárások külön-külön is alkalmazhatóak, azonban a teljesítményük javítása szempontjából a kombinált alkalmazásuk tűnt ígéretesnek.
A kísérletek alapján a kétciklusú kombináció is hatékonyabbnak bizonyultak mind ártalmatlanítási hatásfok és működési idő terén, továbbá a MÜC esetén a CE javulását tapasztaltam (CE = 4,2 %). Munkám záró szakaszában kiindulva a CE sikeres növeléséből a kétciklusú HF-BF után visszamaradó maradék anyag KOI-nek további csökkentésére, valamint a MÜC rendszer CE további növelésére tettem kísérletet. A háromciklusos hidrogén, majd biogáz fermentáció és végül MÜC kezelési sorrend alkalmazásával tovább növekedett a KOI csökkentés aránya, valamint a MÜC esetén a 9,7 % CE is elérhető vált ezáltal.
86
A KOI hasznosítási hatásfok meghatározásával vizsgáltam az egyes folyamatok termékeinek előállításához szükséges KOI mennyiséget. Ezek alapján a biohidrogén és biogáz fermentácinál nem tapasztaltam jelentős azonosítatlan KOI mennyiséget, azonban a MÜC esetén további kivizsgálásra lesz szükség a rendszer jobb megértéséhez és hatékonyságának növeléséhez.
Munkám során egyrészt bizonyítottam a MÜC-hoz kapcsolódóan, hogy a megújuló energiaforrások (pl: biomassza alapú) felhasználási lehetőségei folyamatosan bővülnek és ígéretes alternatívák jelenek meg melyeket érdemes kutatni. Másrészt beláthatóvá vált, hogy a hazai települési szilárd hulladék jelentős része kötött energetikai potenciállal rendelkezik, mely kinyerhető a különféle anaerob biodegradációs eljárásokkal és azok megfelelő kombinációival. A WTE szemlélet segíthet az egyoldalú energiafüggőségünk mérséklésében, másfelől a hulladékkezelés egy magasabb szintjén jelentős mértékben csökkenthetjük a hulladék lerakás okozta környezeti kockázatokat.
87