Foto: Pixabay
Inleiding
.........
In ’n onlangse artikel in Rapport skryf Liesl Peyper (2021) oor die verwerking van organiese afval. Hiervolgens sal daar binnekort in die Wes-Kaap vereis word dat die hoeveelheid organiese afval wat op munisipale stortingsterreine beland, met 50% verminder moet word. Storting kan selfs teen 2027 heeltemal verbied word.
...........
In ’n onlangse artikel in Rapport skryf Liesl Peyper (2021) oor die verwerking van organiese afval. Hiervolgens sal daar binnekort in die Wes-Kaap vereis word dat die hoeveelheid organiese afval wat op munisipale stortingsterreine beland, met 50% verminder moet word. Storting kan selfs teen 2027 heeltemal verbied word. Voortaan sal munisipaliteite waarskynlik verplig word om vernuwende planne op te stel vir hoe om hierdie afval te bestuur. Dit word geraam dat ongeveer drie miljoen ton organiese afval hier ter sprake is.
Die vraag ontstaan gevolglik op watter ander maniere (bo en behalwe kompostering) soliede organiese afval verwerk word tot bruikbare produkte pleks daarvan om dit eenvoudig by munisipale stortingsterreine af te laai.
Volgens die Suid-Afrikaanse Nasionale Afvalbestuur Strategie (2010) word die ontwikkeling van alternatiewe metodes met betrekking tot stortingsterreine in ’n positiewe lig gesien, maar slegs indien daar deur hierdie metodes alternatiewe energie gegenereer word.
In ’n breër konteks gesien is dit algemeen bekend dat die klem gedurende die afgelope paar dekades toenemend op twee verbandhoudende omgewingskwessies geplaas word, naamlik die oorbenutting van natuurlike hulpbronne en die beskerming van die natuur teen mensgemaakte besoedeling (Kovalev ea 2020). Die verbranding van fossielbrandstowwe sowel as die oprigting en bedryf van kernkragsentrales het derhalwe in die spervuur beland. Die gevolg is dat nuwe metodes van energieherwinning voortdurend ondersoek word, insluitende moontlikhede om die groot hoeveelhede organiese afval (wat neweprodukte is van bedrywighede op die gebied van landbou, bosbou, diereproduksie, die algemene nywerheidsektor, stedelike nedersettings en munisipaliteite) op nuwe en meer aanvaarbare metodes te behandel en te bestuur.
Die Wêreldbank (1999) beklemtoon dat munisipale projekte, met die doel om afval tot energie te transformeer, met die nodige omsigtigheid gedoen moet word. ’n Tipiese projek-implementering siklus (kyk bl. 10 in die verslag) bestaan normaalweg uit drie fases: die haalbaarheid-assesseringfase; die projek-voorbereidingfase, waarna die projek-implementeringsfase volg. Aan die einde van elke fase behoort die werklike haalbaarheid van die projek herevalueer te word.
Volgens die Wêreld Energieraad (2013) word die meeste munisipale afval in ontwikkelde lande gegenereer. Dit word egter voorspel dat die grootste groei in munisipale afvalgenerering gedurende die volgende dekade in Asië, Latyns-Amerika en Suid-Afrika sal plaasvind. Na raming word ongeveer 1,3 miljard ton munisipale afval jaarliks wêreldwyd gegenereer, wat op 1,2 kg per persoon per dag neerkom.
Die Internasionale Organisasie vir Standaardisering (ISO) wys daarop dat ’n omgewingsbestuurstelsel die volgende aspekte moet insluit: omgewingsbeskerming deur die voorkoming of vermindering van negatiewe impakte op die natuur; vermindering van die potensiële negatiewe impakte deur omgewingstoestande op die organisasie; hulpverlening aan die organisasie om sy omgewingsverpligtinge streng na te kom; die bevordering van omgewingsprestasie; kontrole en beïnvloeding van die wyse waarop die organisasie se produkte ontwerp, vervaardig, versprei en vernietig word deur ’n produklewensiklus-perspektief te handhaaf; insig daarin dat omgewingsensitiwiteit die organisasie se markposisie kan verbeter; kommunikasie van omgewingsinligting na relevante en belangstellende groepe.
In hierdie artikel word die fokus hoofsaaklik op die termochemiese behandeling van organiese afval geplaas.
Termochemiese metodes
Verskeie termochemiese metodes (omsettingstegnieke) waarmee organiese afval omskep word in waardetoegevoegde materiaal, word in die literatuur bespreek. Yuan, Dissanayake ea (2021) verduidelik die onderstaande vyf tegnieke:
- Gasvorming, of vergassing (gasification)
........
Gasvorming, of vergassing, is ’n komplekse proses waartydens koolstofhoudende materiaal (maw organiese materiaal wat afkomstig is van plante en diere) getransformeer word tot gasvormige produkte wat as sintetiese gas (syngas) bekendstaan.
...........
Gasvorming, of vergassing, is ’n komplekse proses waartydens koolstofhoudende materiaal (maw organiese materiaal wat afkomstig is van plante en diere) getransformeer word tot gasvormige produkte wat as sintetiese gas (syngas) bekendstaan. Sintetiese gas bestaan hoofsaaklik uit waterstof, koolstofmonoksied en koolstofdioksied (maw koolwaterstofgasse) asook metaangas (Caruso, Sorenson en Mossa, geen datum). Vergassing vind by hoë temperature plaas (800 tot 1 200 °C) en met minimale suurstoftoevoer tydens verbranding. Indien die vergassingsproses korrek uitgevoer word, is daar geen of minimale biokoolreste (biochar) wat as ’n neweproduk nagelaat word. Suiwer suurstof, lug, stoom of ’n vermenging van hierdie gasse word normaalweg tydens die vergassingsproses as oksiderende agente gebruik. Die tipiese produkte wat deur vergassing gelewer word, is 85% sintetiese gas, 10% biokool, en 5% bioteer en -olie. Sintetiese gas en bio-olie word beskou as die mees waardevolle produkte, omdat dit as alternatiewe bronne van brandstof gebruik word, asook vir die opwekking van elektrisiteit. Sintetiese gas kan ook as ’n basiese element in die petrochemiese bedryf gebruik word. Biokool is ook nuttig om grond- en watergehalte te verbeter. Na die toediening van biokool word die frekwensie verlaag waarteen landbougrond besproeiing en bemestingstowwe benodig. Biokool kan ook gebruik word om besoedelde grond te rehabiliteer, en om lug te suiwer van kwikvrystellings deur doeltreffende filtrering van emissies tydens die opwekking van elektrisiteit.
- Pirolise
Vergassing en pirolise is beide prosesse waartydens organiese afvalstowwe ontbind word deur dit bloot te stel aan hoë temperatuur en lae suurstof- of lugtoevoer.
Pirolise verskil egter van vergassing in dié opsig dat die verkolingsproses of die termochemiese ontbinding van organiese afval in ’n chemies onaktiewe atmosfeer (inert atmosphere) plaasvind, asook by ’n hittegraad wat wissel tussen 300 en 900 ⁰C, wat laer is as in die geval van vergassing. Tydens pirolise vibreer die molekules van die biomassa teen hoë frekwensies, in so ’n mate dat die molekules begin afbreek. Pirolise word beskou as ’n relatief omgewingsvriendelike en koste-effektiewe metode in vergelyking met geslote verbranding (incineration) en die berging van organiese afval op stortingsterreine, omdat pirolise laer energie-insette benodig en minder hoeveelhede gevaarlike gas-emissies lewer.
Pirolise-aanlegte is normaalweg gerat om koolstofryke organiese materiaal soos biomassa, huishoudelike en industriële afval, oorblyfsels van hergesirkuleerde materiaal en munisipale soliede afval te degradeer.
Voordat die piroliseproses begin, moet alle organiese materiaal eers gesorteer en behandel gewees het. Organiese materiaal word gesteriliseer en anorganiese materiaal soos metale en keramiek word verwyder uit die pirolisevoermateriaal (feedstock). Die voermateriaal word fyngemaal, en die voginhoud tot 1% verlaag om onnodige energieverspilling te voorkom.
Beide vergassing en pirolise lewer sintetiese gas-, bio-olie- en biokoolprodukte tydens die finale fases van die proses. Pirolise kan verder verdeel word in vier kategorieë naamlik stadige, snel-, flitsende en vakuumpirolise.
Danje (2011) stel dit onomwonde dat “snelpirolise van biomassa een van die mees belowende tegnologieë vir die omskakeling van biomassa na vloeibare brandstof is en tans gereken word as ’n belowende kandidaat om petroleumbrandstof te vervang” (my vertaling).
Volgens Almanaseer, Abbassi ea (2020) hou pirolise spesifieke voordele in, veral wat die beperking van omgewingsbesoedeling betref. Emissies van koolstofmonoksied en -dioksied is veel laer in vergelyking met geslote verbranding en vergassing. Pirolise beskik oor ’n besonder hoë energiedoeltreffendheid met ’n inset-uitset-verhouding van 13:1. Omdat pirolise ook voorsiening maak vir die hantering van plastiek, is die voorafskeiding van toevoermateriaal noodsaaklik. Dit is ook voordelig vanuit ’n finansiële oogpunt omdat pirolise brandstof lewer wat relatief maklik bemarkbaar is en in gasturbines gebruik word om elektrisiteit op te wek. Die tegnologie vereis ook minder voorbereiding van toevoermateriaal in vergelyking met die geslote verbranding- en vergassingsmetodes.
Caruso ea (geen datum) wys daarop dat die meeste navorsing oor die voor- en nadele van pirolisetegnologie op klein skaal en met eksperimentele pirolise-aanlegte uitgevoer is. Inligting oor die kapitaal- en lopende koste van dié aanlegte is beperk, en baie projekte moet op ’n geval-tot-geval-basis geëvalueer word ten einde die ekonomiese vatbaarheid daarvan te bepaal.
Pirolise hou goeie moontlikhede vir die toekoms in. Terselfdertyd behoort die ekonomiese vatbaarheid, beskikbaarheid van ’n bepaalde soort biomassa en die aard van munisipale afval deurentyd in ag geneem te word.
Drie ander bykomende moderne termochemiese omskakelingstegnieke is:
- Uitdroging of branding (torrefaction), ’n matige piroliseproses wat by laer temperature (200–300 ⁰C) plaasvind.
- Hidrotermiese karbonering, ’n metode van termochemiese omskakeling van organiese afval wat plaasvind deur warmgeperste water (hot-compressed water) van 180–265 ⁰C vir 5 tot 240 minute te gebruik.
- Ionotermiese karbonering, wat die oplossing van organiese materiaal behels wat met behulp van ioniese vloeistowwe uitgevoer word.
Samevattende opmerkings
........
Suid-Afrikaanse munisipaliteite gaan beslis in die toekoms toenemend gekonfronteer word met die probleem hoe om organiese afval op vernuwende wyses te bestuur en te verwerk.
........
Suid-Afrikaanse munisipaliteite gaan beslis in die toekoms toenemend gekonfronteer word met die probleem hoe om organiese afval op vernuwende wyses te bestuur en te verwerk. Peyper (2021) wys gevolglik tereg op die aktualiteit van hierdie kwessie.
Tegnieke om organiese materiaal in bruikbare neweprodukte te omskep ontvang baie aandag in internasionale navorsing en word in erkende en portuurgeëvalueerde akademiese en navorsingsvaktydskrifte gepubliseer.
Indien die trefwoorde “organic waste to energy” op die aanlyn databasis EbscoHost geplaas word, lewer dit 2 255 moontlike artikels op. Van 2020 tot 2021 het 429 artikels verskyn en in 2021 is reeds 215 artikels tot dusver gepubliseer. Dit illustreer die omvang en belang van navorsing wat wêreldwyd oor organiese-afval-omskakeling na energie, gedoen word.
Wat betref die evaluering van die voordele en nadele van termiese metodes om organiese afval in energie te omskep, is dit veral pirolise en vergassing wat oorwegend gunstige kommentaar ontvang, met pirolise wat ’n kortkop voor is, omdat betreklik minder skadelike neweprodukte nagelaat word.
Almanaseer ea (2020) spel ses kriteria uit wat ter sprake kom by die oorweging om ’n projek oor die oprigting van ’n pirolise-aanleg in ’n bepaalde munisipale omgewing van stapel te stuur. Eerstens: Wat die finansiële faktor betref is daar kapitaalkoste, operasionele koste en instandhoudingskoste waarmee rekening gehou moet word. Wat die omgewingsveranderlikes betref, speel die produksie van skadelike afvalstowwe en emissies ’n deurslaggewende rol. Uit ’n tegniese oogpunt is dit veral die doeltreffendheid van energieproduksie en die kompleksiteit van die installasie wat ter sprake kom. Die sosiale komponent sluit sosiale aanvaarbaarheid, geraasvlakke, stof- en reukgenerering, asook visuele impakte in. ’n Verdere aspek wat in gedagte gehou moet word, is die hoeveelheid afvalstof en die kwaliteit van daardie afvalstowwe en neweprodukte wat uit die aanleg se funksionering sal voortspruit. Laastens moet ’n betroubare en geldige risikoprofiel met die fokus op alle finansiële en omgewingsrisiko’s opgestel word.
In hierdie artikel word geensins daarop aanspraak gemaak dat die literatuur oor pirolise en vergassing, of gasvorming, as termochemiese metodes volledig bestudeer is nie. Daar is hoogstens selektief te werk gegaan ten einde ’n tentatiewe standpunt oor die onderwerp te kon inneem. Die feit bly egter staan dat termochemiese verwerking en omsetting van organiese afval tot die lewering van sintetiese gas, biokool en bio-olie bydra. Dit is beslis vernuwende en (betreklik) omgewingsvriendelike metodes wat plaaslik op ’n realistiese wyse verder ondersoek behoort te word.
Bibliografie
Almanaseer, N, B Abbassi, C Dunlop, K Friesen, E Nestico-Semianiw. 2020. Multi-criteria analysis of waste-to-energy technologies in developed and developing countries. Journal of Environmental Research, Engineering and Management, 76(1):32–43. DOI 10.5755/j01.erem.76.1.25254.
Caruso, W, D Sorenson en A Mossa. Geen datum. Alternative energy technologies high tech solutions for urban carbon reduction. Worcester, Massachusetts: Worcester Polytechnic Institute. https://web.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042506-065120/unrestricted/Technical_Report.pdf.
Danje, S. 2011. Fast pyrolysis of corn residues for energy production. MSc (Ing)-verhandeling, Universiteit Stellenbosch. https://scholar.sun.ac.za/handle/10019.1/17822.
Department of Environmental Affairs. 2010. National Waste Management Strategy – First draft for public comment. http://sawic.environment.gov.za/documents/572.pdf.
Fellner, J, A Lederer, A Purgar, H Winterstetter, F Rechberger, F Winter en D Laner. 2015. Evaluation of resource recovery from waste incineration residues – The case of zinc. Waste Management, 37:95–103. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0956053X14004942
Kovalev, AA, DA Kovalev, Yu V Litti, IV Katraeva. 2020. Biohydrogen production in the two-stage process of anaerobic bioconversion of organic matter of liquid organic waste with recirculation of digister effluent. International Journal of Hydrogen Energy, 45(51):26831–9.
Nguyen, TD, K Kawai en T Nakakubo. 2021. Drivers and constraints of waste-to-energy incineration for sustainable municipal solid waste management in developing countries. Journal of Material Cycles and Waste Management, 23:1688–97. https://link.springer.com/article/10.1007/s10163-021-01227-2
Peyper, L. 2021. Nuwe reëls maak kompos maklik. Rapport, 5 September.
Yuan, X, PD Dissanayake, B Gao, WJ Liu, KB Lee en YS Ok. 2021. Review on upgrading organic waste to value-added carbon materials for energy and environmental applications. Journal of environmental management, 15(296):113128. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113128.
http://www.energy.gov.za/files/biogas/2017-Biogas-Conference/day2/New-Horizons-Waste-to-Energy.pdf.
https://af.unitinal.com/afvalverwerking-en-beskikking-metodes.
Kommentaar
Soos altyd, is die betrokke outeur se artikel baie aktueel en dus uitdagend en moeilik om te beoordeel!