Tässä blogikirjoituksessa selitän yksinkertaisesti resurssien prosessoinnin suunnittelun laajuuden ja miksi jätteen ja hiilidioksidin vähentämisteknologiat ovat niin tärkeitä.

Energia- ja luonnonvaratekniikan laitos: odotukset vs. todellisuus

Kun ihmiset kuulevat termin ”energia- ja luonnonvaratekniikan laitos”, monet ajattelevat heti ”uusiutuvaa energiaa”. Monet ensimmäisen vuoden opiskelijat, myös minä itse, ilmoittautuvat usein odottaen torjuvansa ilmaston lämpenemistä ja tekevänsä tutkimusta uusiutuvasta energiasta. Todellisuudessa yliopiston opetussuunnitelma ja tutkimusalueet eivät kuitenkaan merkittävästi eroa perinteisen luonnonvaratekniikan opetussuunnitelmista ja tutkimusalueista.
Energia- ja luonnonvaratekniikka kattaa useita aloja, mukaan lukien geofysikaalisen etsinnän, öljy- ja kaasutekniikan, kalliomekaniikan, luonnonvarojen käsittelytekniikan, ympäristögeokemian, ympäristötaloustieteen ja geologian tekniikan. Näistä keskityn luonnonvarojen käsittelytekniikkaan – alaan, jota on usein vaikea ymmärtää pelkästään nimen perusteella.

Resurssien käsittelytekniikan kattamat alueet

Luonnonvarojen käsittelytekniikka käsittelee luonnonvarojen erottelua ja jalostusta, hyödyllisten luonnonvarojen talteenottoa jätteistä, jätteiden turvallista hävittämistä ja hiilidioksidipäästöjen vähentämisteknologioita. Jätteisiin liittyvät teknologiat ovat viime aikoina saaneet enemmän huomiota esimerkiksi Fukushiman ydinonnettomuuden kaltaisten tapahtumien vuoksi, ja hiilidioksidipäästöjen vähentämisteknologiat ovat edelleen – ja tulevat jatkossakin – kriittisiä kysymyksiä ilmaston lämpenemisen vuoksi.

Resurssien talteenotto jätteistä

Hyödyllisten resurssien talteenotto jätteestä viittaa teknologioihin, jotka käyttävät uudelleen materiaaleja, jotka aiemmin hylättiin resursseina. Esimerkkejä ovat metaanikaasun erottaminen kaatopaikoilta, metaanikaasun talteenotto hylätyistä hiilikaivoksista ja terästehtaiden sivutuotekaasujen kierrätys. Ympäristöongelmien, nousevien energian hintojen ja teknologisen kehityksen vuoksi hylättyjä materiaaleja resursseiksi muuntavista teknologioista on tulossa yhä tärkeämpiä.
Tarkemmin sanottuna tämä prosessi sisältää kaatopaikkakaasun keräämisen kaatopaikoilta ja terästehtaiden sivutuotekaasun keräämisen, minkä jälkeen käytetään erilaisia ​​erotustekniikoita kaasujen eristämiseksi, joita voidaan käyttää energialähteinä. Käytettyihin erotusmenetelmiin kuuluvat erilaiset fysikaaliset ja kemialliset tekniikat, kuten painovoimainen laskeutus, sähköstaattinen erottelu sähköisen polarisaation avulla, keskipakoiserottelu keskipakoisvoiman avulla ja ruiskutusmenetelmä.
Tarkasteltaessa metaanikaasun talteenottoa hiilikaivoksista, metaanikaasua jää joskus loukkuun hiilihiukkasten väliin jääviin tyhjiöihin hiilijuonteiden muodostuessa. Aiemmin tämä metaanikaasu aiheutti kaivosräjähdyksiä, mutta viime aikoina metaania otetaan talteen ruiskuttamalla puristettua hiilidioksidia tyhjiöihin, jolloin hiilidioksidi pääsee sisään ja metaani poistuu. Tämä lähestymistapa mahdollistaa metaanin kierrättämisen resurssina ja samalla hiilidioksidin sitomisen maan alle, mikä tekee siitä kaksi yhden hinnalla -ratkaisun.

Sivutuotekaasun kierrätys ja tehostettu öljyn ja kaasun talteenotto

Sivutuotekaasujen kierrätys on käytännön esimerkki teollisuusalueiden päästämien kaasujen keräämisestä ja puhdistamisesta energianlähteenä käytettäväksi. Lisäksi tehostettu öljyn talteenotto (EOR) – menetelmä, jossa hiilidioksidia ruiskutetaan öljy- ja kaasusäiliöihin jäljelle jääneen öljyn tai kaasun talteenoton lisäämiseksi – on jo kaupallisesti hyödynnetty teknologia, joka mahdollistaa hiilidioksidin samanaikaisen varastoinnin ja resurssien talteenoton.

Kaupunkikaivostoiminta: Elektroniikkajätteen uudelleen löytäminen

Kaupunkikaivostoiminta on 21-luvulla syntynyt käsite, joka viittaa jalometallien ja harvinaisten metallien talteenottoon elektronisista laitteista, kuten matkapuhelimista, tietokoneista ja televisioista, joita hylkäämme jokapäiväisessä elämässämme. Tällä hetkellä elektroniikkajätteen kierrätys on edelleen riittämätöntä, ja monissa tapauksissa vain hyvin pieni osa jalometalleista, kuten kullasta, saadaan talteen.
Ottaen kuitenkin huomioon elektronisten laitteiden käytön lisääntymisen ja tuotteiden lyhyemmän käyttöiän trendin, kaupunkikaivostoiminta on erittäin potentiaalinen teollisuudenala. Systemaattisen keräys- ja käsittelyjärjestelmän luominen sekä kierrätettävyyden parantaminen voi kasvattaa sen markkina-alueiksi, joilla on merkittäviä taloudellisia ja teollisia mahdollisuuksia.

Teknologiat jätteiden leviämisen estämiseksi ja onnettomuuksiin reagoimiseksi

Fukushiman ydinonnettomuuden jälkeen kiinnostus radioaktiivisen jätteen leviämisen estämiseen ja hallintaan on lisääntynyt. Kun ihmisille tappavia aineita – kuten radioaktiivisia aineita, rikkikaasua ja raskasmetalleja – vuotaa maaperään, tarvitaan teknologiaa, jolla voidaan ennustaa niiden liikkumisreitti, arvioida niiden jo leviämisen laajuutta, antaa vaaravaroituksia ja estää niiden leviäminen edelleen.
Tällainen teknologia keskittyy epäpuhtauksien liikkumisreittien mallintamiseen ja onnettomuuksien ehkäisemiseen ennen niiden tapahtumista reaaliaikaisen seurannan avulla. Keskeistä on leviämismahdollisuuksien ennustaminen ottamalla huomioon maaperän olosuhteet, pohjaveden virtaus ja kemialliset reaktiot ja sitten asianmukaisten kunnostus- ja eristämistoimenpiteiden laatiminen.

Hiilidioksidin vähentäminen: Prosessia edeltävä vähentäminen ja prosessin jälkeinen talteenotto ja varastointi

Hiilidioksidipäästöjen vähentämistekniikat jaetaan lähestymistapoihin, jotka vähentävät päästöjä ennen prosessia, ja niihin, jotka talteenottavat ja varastoivat prosessin jälkeen vapautuvan hiilidioksidin. Menetelmiin, joilla päästöjä vähennetään ennen prosessia, kuuluu hiilidioksidia tuottavien reaktioiden välttäminen aina kun mahdollista ja vaihtoehtoisten mekanismien käyttö. Näiden käytännön sovelluksissa on kuitenkin usein rajoituksia.
Jälkikäsittelytekniikat puolestaan ​​koostuvat kahdesta vaiheesta: talteenotosta ja varastoinnista. Prosessin päätyttyä vapautuu erilaisten kaasujen seos; aiemmin mainittuja erotustekniikoita käytetään vain hiilidioksidin eristämiseen ja väkevöimiseen tästä seoksesta. Talteen otettua hiilidioksidia hyödynnetään tyypillisesti olemassa olevissa sovelluksissa, kuten EOR:ssa (Enhanced Oil Recovery), tai se varastoidaan paineen alaisena maanalaisiin tiloihin, kuten kalkkikiviluoliin tai suolakupolien onteloihin.
Sen varastointi paineen alaisena maanpinnan yläpuolelle on myös mahdollista, mutta se aiheuttaa merkittäviä haasteita kustannusten ja maan saatavuuden suhteen. Sitä vastoin paineistetun kaasun varastointi maanalaisiin luoliin poistaa erillisten korkeapainesäiliöiden tarpeen, ja tyhjä tila voi jopa edistää maan vakautta. Varastoinnin vakaus on kuitenkin arvioitava perusteellisesti. Tämä johtuu siitä, että jos varastoitu hiilidioksidi vuotaa ja liukenee pohjaveteen tai pääsee takaisin pintaan, varastoinnin tarkoitus menetetään. Siksi hankkeiden etenemisen jälkeen on tehtävä yksityiskohtainen maaperän olosuhteiden tutkimus yhteistyössä asiaankuuluvien alojen, kuten geotekniikan, kanssa.

Johtopäätös: Miksi meidän tulisi keskittyä resurssien käsittelytekniikkaan

Teollisen vallankumouksen alusta on kulunut lähes vuosisata, ja ihmiskunta on kuluttanut valtavia määriä resursseja ja pilannut ympäristöä mukavuudenhaluisuuden ja pääoman kasautumisen tavoittelussa. Me kaikki tiedostamme nyt, että tehtaiden ja kotitalouksien jätteet aiheuttavat maailmanlaajuisia ympäristöongelmia, ja on selvää, että teknologisen kehityksen on kuljettava käsi kädessä näiden ongelmien ratkaisemisen kanssa.
Maan ylikuumenemista – joka jo kiihtyy – on vaikea pysäyttää kerralla. Sen sijaan tarvitsemme "jäähdytysteknologioita" – eli teknologioita, jotka ottavat talteen resursseja jätteistä, vähentävät saasteita sekä vähentävät ja varastoivat hiilidioksidipäästöjä. Nyt on aika suunnata enemmän huomiota ja investointeja resurssien talteenottotekniikkaan, jolla on tässä elintärkeä rooli.