Life Cycle Assessment of Coconut Residue Valorization via Pyrolysis

Elke dag genereert de wereld enorme hoeveelheden afval, van fruitvellen tot de schillen van noten, waarvan een groot deel in grote kuilen belandt die bekend staan als stortplaatsen. Hoewel het begraven van afval een gangbare praktijk is, creëert het een traag bewegend probleem: naarmate organisch materiaal ondergronds zonder lucht afbreekt, komt er methaan vrij, een gas dat warmte in de atmosfeer veel effectiever vasthoudt dan koolstofdioxide. Tegelijkertijd blijft de mensheid zwaar leunen op fossiele brandstoffen zoals olie en steenkool om ons leven te voorzien van energie, een gewoonte die klimaatverandering aanjaagt en eindige hulpbronnen uitput. Wetenschappers zoeken steeds vaker naar manieren om dit afval in iets nuttigs te veranderen, een concept genaamd de circulaire economie, waarbij materialen in gebruik worden gehouden in plaats van weggegooid. Eén veelbelovende methode houdt in dat plantaardig afval in een afgesloten container wordt verhit zonder zuurstof, een proces dat het materiaal afbreekt tot brandstof en vaste koolstof. Om te begrijpen of deze aanpak werkelijk beter is voor de planeet dan het simpelweg begraven van het afval, moeten onderzoekers kijken naar de gehele levenscyclus van het product, van het moment dat de plant wordt gekweekt tot de uiteindelijke verwijdering van de resten, waarbij elke druppel water, elke gram meststof en elke mijl aan transport wordt afgewogen tegen de verkregen voordelen.

In een studie gericht op de kokospalm onderzochten onderzoekers in Brazilië de milieu-impact van het omzetten van kokosvezels in nuttige materialen via dit verhittingsproces, bekend als pyrolyse, vergeleken met de standaardmethode van het storten van de vezels op een sanitaire stortplaats. Het team, werkzaam aan de Federal Fluminense University, begon met het verzamelen van groene kokosnoten, waarvan de schillen een aanzienlijk deel van het gewicht van de vrucht uitmaken en vaak worden weggegooid nadat het water is geconsumeerd. Ze vermaalden de schillen en lieten ze natuurlijk drogen in de zon voordat ze kleine monsters in een laboratoriumoven verhitten tot temperaturen tussen de 400 en 600 graden Celsius. Dit proces brak de schillen af in drie verschillende producten: een vaste koolstofachtige substantie genaamd biochar, een vloeibare brandstof bekend als bio-olie, en een gas dat voor energie gebruikt kan worden. De onderzoekers gebruikten vervolgens een gedetailleerde boekhoudmethode genaamd Life Cycle Assessment om elke milieu-impact en elk voordeel van dit proces te volgen. Ze vergeleken het direct met een scenario waarin dezelfde hoeveelheid kokosafval simpelweg op een stortplaats zou worden begraven, waar het zou ontbinden en gas zou vrijgeven, waarvan een deel wordt opgevangen om brandstof te maken, maar waarvan een groot deel in de lucht zou ontsnappen.

De studie toonde aan dat het verhitten van het kokosafval aanzienlijk beter was voor het milieu dan het begraven ervan. Voor elke 100 gram behandeld kokosschil vermeed het pyrolyseproces de uitstoot van 0,081 kilogram koolstofdioxide-equivalent, een standaardmaat voor broeikasgassen, en bespaarde het 2,02 megajoule aan niet-hernieuwbare energie. Deze positieve uitkomst kwam grotendeels doordat de geproduceerde vaste houtskool de commerciële actieve kool kon vervangen, een materiaal dat meestal wordt gemaakt van fossiele brandstoffen, terwijl het gas en de olie kunnen dienen als vervanging voor diesel en aardgas. Door deze substituten te creëren, wist het proces effectief de milieuschade die zou zijn ontstaan bij het maken van die conventionele producten, uit te wissen. In contrast hiermee resulteerde het stortplaats-scenario, zelfs met inspanningen om gas voor energie op te vangen, in hogere milieubelastingen over de hele linie. De stortplaats stootte methaan uit, een krachtig warmtevasthoudend gas, en vereiste het gebruik van zware machines en dieselbrandstof om te kunnen functioneren, allemaal zonder hetzelfde niveau aan nuttige vervangingsmaterialen te genereren.

Interessant genoeg kwamen de grootste milieukosten niet voort uit het verhittingsproces zelf of de stortplaatsoperaties, maar uit de landbouwfasen vóór de creatie van het afval. De onderzoekers ontdekten dat het gebruik van meststoffen en pesticiden voor de teelt van de kokosnoten, samen met de behandeling van houten staken die de bomen ondersteunen, verantwoordelijk was voor het merendeel van de negatieve effecten, zoals toxiciteit voor water en bodem. Dit suggereert dat hoewel pyrolyse een superieure manier is om met het afval om te gaan, de totale ecologische voetafdruk nog verder verkleind kan worden als de landbouwmethoden worden verbeterd. De studie testte ook verschillende manieren om de kokosschillen te drogen vóór het verhitten. Ze ontdekten dat het gebruik van een elektrische oven om de schillen te drogen zoveel elektriciteit vereiste dat het het hele proces veel vervuilender maakte, terwijl het laten drogen van de schillen in de zon de milieuvoordelen hoog hield. Dit benadrukt dat eenvoudige, energiezuinige stappen vaak de meest duurzame keuzes zijn.

De onderzoekers onderzochten ook of het opvangen van meer gas uit de stortplaats dat scenario concurrerend kon maken. Ze simuleerden een scenario waarin alle gassen die vrijkomen bij de ontbinding van het afval worden opgevangen en omgezet in brandstof, in plaats van slechts de helft. Zelfs met deze maximale inspanning kon de stortplaats de milieuprestaties van pyrolyse niet evenaren. De extra apparatuur die nodig was om al dat gas op te vangen en te verwerken, introduceerde nieuwe energiebehoeften en emissies die de voordelen van het voorkomen van het ontsnappen van het gas tenietdeden. De studie concludeert dat voor kokosvezels het omzetten van de schillen in brandstof en materialen door middel van verhitting een duurzamere weg is dan het begraven ervan. Het biedt een manier om broeikasgassen te verminderen, fossiele hulpbronnen te sparen en een systeem te ondersteunen waarin afval een grondstof wordt, mits de landbouwpraktijken die voorafgaan aan de afvalgeneratie ook met zorg worden beheerd.