U ovom blog postu, jednostavnim ću riječima objasniti opseg inženjerstva obrade resursa i zašto su tehnologije za smanjenje otpada i ugljičnog dioksida toliko važne.

Odjel za energetiku i resursno inženjerstvo: Očekivanja naspram stvarnosti

Kad ljudi čuju pojam „Odjel za energetiku i resursno inženjerstvo“, mnogi odmah pomisle na „obnovljivu energiju“. Mnogi studenti prve godine, uključujući i mene, često se upisuju s očekivanjem da će se baviti globalnim zagrijavanjem i provoditi istraživanja o obnovljivim izvorima energije. Međutim, u stvarnosti se sveučilišni kurikulum i istraživačka područja ne razlikuju značajno od onih tradicionalnog resursnog inženjerstva.
Energetsko i resursno inženjerstvo obuhvaća različita područja, uključujući geofizička istraživanja, naftno i plinsko inženjerstvo, mehaniku stijena, inženjerstvo prerade resursa, geokemiju okoliša, ekonomiju okoliša i geološko inženjerstvo. Među njima ću se usredotočiti na inženjerstvo prerade resursa - područje koje je često teško razumjeti samo po nazivu.

Područja koja pokriva inženjerstvo obrade resursa

Inženjerstvo obrade resursa bavi se odvajanjem i rafiniranjem prirodnih resursa, iskorištavanjem korisnih resursa iz otpada, sigurnim odlaganjem otpada i tehnologijama smanjenja ugljičnog dioksida. Tehnologije povezane s otpadom nedavno su privukle više pozornosti zbog događaja poput nuklearne nesreće u Fukushimi, a tehnologije smanjenja ugljičnog dioksida ostaju - i nastavit će biti - kritično pitanje zbog globalnog zatopljenja.

Oporavak resursa iz otpada

Oporavak korisnih resursa iz otpada odnosi se na tehnologije koje ponovno koriste materijale koji su prethodno odbačeni kao resursi. Primjeri uključuju vađenje metana s odlagališta otpada, iskorištavanje metana iz napuštenih rudnika ugljena i recikliranje nusproizvoda nastalih u čeličanama. Zbog ekoloških problema, rastućih cijena energije i tehnološkog napretka, tehnologije koje pretvaraju odbačene materijale u resurse postaju sve važnije.
Konkretno, ovaj proces uključuje prikupljanje odlagališnog plina s odlagališta otpada i nusproizvoda plina iz čeličana, a zatim korištenje različitih tehnika odvajanja za izolaciju plinova koji se mogu koristiti kao izvori energije. Korištene metode odvajanja uključuju različite fizičke i kemijske tehnike, kao što su gravitacijsko taloženje, elektrostatičko odvajanje pomoću električne polarizacije, centrifugalno odvajanje pomoću centrifugalne sile i metoda raspršivanja.
Detaljnijim promatranjem izdvajanja metana iz rudnika ugljena, primijetit ćemo da se metan ponekad zarobljava u šupljinama između čestica ugljena prilikom formiranja slojeva ugljena. U prošlosti je ovaj metan bio uzrok eksplozija u rudnicima, ali nedavno se metan izdvaja ubrizgavanjem komprimiranog ugljikovog dioksida u šupljine, što uzrokuje ulazak ugljikovog dioksida i izlazak metana. Ovaj pristup omogućuje recikliranje metana kao resursa, a istovremeno postiže učinak vezivanja ugljikovog dioksida pod zemljom, što ga čini rješenjem dva za jedan.

Recikliranje nusproizvoda plina i poboljšani oporavak nafte i plina

Recikliranje nusproizvodnih plinova praktičan je primjer prikupljanja i pročišćavanja plinova koji se ispuštaju iz industrijskih lokacija za upotrebu kao izvora energije. Nadalje, poboljšani iskorištavanje nafte (EOR) - metoda koja uključuje ubrizgavanje ugljikovog dioksida u naftna i plinska ležišta radi povećanja iskorištavanja preostale nafte ili plina - već je komercijalno korištena tehnologija koja omogućuje istovremeno postizanje skladištenja ugljikovog dioksida i iskorištavanja resursa.

Urbano rudarstvo: Ponovno otkrivanje elektroničkog otpada

Urbano rudarenje je koncept koji se pojavio u 21. stoljeću, a odnosi se na područje prikupljanja plemenitih i rijetkih metala iz elektroničkih uređaja - poput mobitela, računala i televizora - koje odbacujemo u svakodnevnom životu. Trenutno je recikliranje elektroničkog otpada još uvijek nedovoljno, a u mnogim slučajevima se prikuplja samo vrlo mali dio plemenitih metala, poput zlata.
Međutim, s obzirom na trend sve veće upotrebe elektroničkih uređaja i kraćeg životnog vijeka proizvoda, urbano rudarstvo je industrija s velikim potencijalom. Uspostavljanjem sustavnog sustava prikupljanja i obrade te poboljšanjem mogućnosti recikliranja, može prerasti u tržište sa značajnim ekonomskim i industrijskim obećanjem.

Tehnologije za sprječavanje rasipanja otpada i reagiranje na nesreće

Od nuklearne nesreće u Fukushimi porastao je interes za sprječavanje širenja i upravljanje radioaktivnim otpadom. Kada tvari smrtonosne za ljude - poput radioaktivnih materijala, sumpornog plina i teških metala - procure u tlo, potrebna je tehnologija za predviđanje puta njihovog kretanja, procjenu stupnja u kojem su se već proširile, izdavanje upozorenja na opasnost i sprječavanje daljnjeg širenja.
Takva tehnologija usmjerena je na modeliranje putova kretanja onečišćujućih tvari i sprječavanje nesreća prije nego što se dogode putem praćenja u stvarnom vremenu. Ključ leži u predviđanju potencijala za širenje uzimajući u obzir uvjete tla, protok podzemnih voda i kemijske reakcije, a zatim osmišljavanje odgovarajućih mjera sanacije i zadržavanja.

Smanjenje ugljikovog dioksida: Smanjenje prije procesa i hvatanje i skladištenje nakon procesa

Tehnologije smanjenja ugljikovog dioksida podijeljene su na pristupe koji smanjuju emisije prije procesa i one koji hvataju i pohranjuju ugljikov dioksid emitiran nakon procesa. Metode za smanjenje emisija prije procesa uključuju izbjegavanje reakcija koje stvaraju ugljik kad god je to moguće i korištenje alternativnih mehanizama; međutim, oni se često suočavaju s ograničenjima u praktičnoj primjeni.
Nasuprot tome, tehnologije redukcije nakon procesa sastoje se od dvije faze: hvatanja i skladištenja. Nakon što je proces završen, emitira se smjesa različitih plinova; ranije spomenute tehnologije odvajanja koriste se za izolaciju i koncentriranje samo ugljikovog dioksida iz ove smjese. Uhvaćeni ugljikov dioksid obično se koristi u postojećim primjenama, kao što je EOR (povećani oporavak nafte), ili se skladišti pod tlakom u podzemnim prostorima poput vapnenačkih kaverni ili šupljina slanih kupola.
Skladištenje pod tlakom iznad zemlje također je moguće, ali predstavlja značajne izazove u smislu troškova i dostupnosti zemljišta. Nasuprot tome, skladištenje komprimiranog plina u podzemnim špiljama eliminira potrebu za odvojenim spremnicima visokog tlaka, a prazan prostor može čak doprinijeti stabilnosti tla. Međutim, stabilnost skladištenja mora se temeljito procijeniti. To je zato što ako uskladišteni ugljikov dioksid procuri i otopi se u podzemnim vodama ili se vrati na površinu, svrha skladištenja se gubi. Stoga se projekti moraju nastaviti nakon provođenja detaljnog istraživanja uvjeta tla u suradnji s relevantnim područjima kao što je geotehničko inženjerstvo.

Zaključak: Zašto bismo se trebali usredotočiti na inženjerstvo obrade resursa

Prošlo je gotovo stoljeće od početka industrijske revolucije, a čovječanstvo je potrošilo ogromne količine resursa i degradiralo okoliš u potrazi za praktičnošću i akumulacijom kapitala. Sada svi prepoznajemo da otpad iz tvornica i kućanstava uzrokuje globalne ekološke probleme i jasno je da tehnološki napredak mora ići ruku pod ruku s rješavanjem tih problema.
Teško je odjednom zaustaviti pregrijavanje Zemlje – koje se već ubrzava. Umjesto toga, potrebne su nam tehnologije „hlađenja“ – odnosno tehnologije koje iskorištavaju resurse iz otpada, potiskuju onečišćenje te smanjuju i pohranjuju emisije ugljičnog dioksida. Sada je vrijeme da se više pozornosti i ulaganja usmjeri na inženjerstvo oporavka resursa, koje igra tu vitalnu ulogu.