Co-processing of Poultry Biowaste in MSW-to-Energy Kilns: Technical and Financial Feasibility of Wet Flue-Gas Desulfurization Sorbent Isolation in Varanasi, India

Elektriciteitscentrales en afvalverbrandingsinstallaties staan voor een constante, tweeledige uitdaging: ze moeten brandstof verbranden om elektriciteit op te wekken, terwijl ze tegelijkertijd het giftige zwaveldioxidegas uit hun uitlaatgassen moeten wegwassen voordat het de atmosfeer in ontsnapt. Om dit gas te reinigen, vertrouwen deze faciliteiten traditioneel op natte scrubbers, enorme torens die een slurry van water en vermalen kalksteen inspuiten om het zuur te absorberen. De kalksteen zelf vormt echter ook een probleem. Het moet uit de aarde worden gegraven in destructieve dagbouwmijnen, een proces dat het landschap littekens geeft, habitats vernietigt en aanzienlijke koolstofemissies vrijgeeft tijdens transport. Tegelijkertijd genereren snelgroeiende steden in India bergen organisch afval, waaronder tonnen kippeneieren die normaal gesproken op vuilnisbelten worden gedumpt waar ze rotten, stinken en de bodem vervuilen. De vraag die onderzoekers stelden was of deze twee afzonderlijke problemen konden worden opgelost met één eenvoudige oplossing: konden de afval-eierschalen de gewonnen kalksteen vervangen?

Een onderzoeker onder leiding van V S Narasimha Sai Sangapu van NTPC Limited onderzocht deze mogelijkheid specifiek voor het district Varanasi in India. Zij richtten zich op de NTPC Waste-to-Energy faciliteit en de nabijgelegen Vindhyachal desulfurisatieplant. Hun studie bevestigt dat eierschalen chemisch gezien bijna identiek zijn aan hoogwaardige kalksteen, bestaande uit ongeveer vijfennegentig procent calciumcarbonaat. Toch is direct gebruik ervan onmogelijk omdat ruwe eierschalen zijn bedekt met een taai, waterafstotend membraan. Als ze in het watergebaseerde scrubber systeem zouden worden gegooid, voorkomt dit membraan dat de schillen goed mengen, wat een dikke, plakkerige slib creëert die leidingen verstopt en pompen vernietigt. De onderzoeker ontdekte dat een eenvoudige thermische behandeling dit probleem oplost. Door de eierschillen te verhitten tot vijf honderd graden Celsius, wordt het organische membraan volledig weggebrand, waardoor een breekbaar, waterminnend poeder overblijft dat zich exact gedraagt als standaard kalksteen.

De studie brengt een volledig, gesloten systeem in kaart om dit in een echte omgeving werkend te krijgen. Eerst schatte de onderzoeker dat het district Varanasi, gevoed door zijn grote lokale bevolking en miljoenen jaarlijkse toeristen, tussen de drie komma drie en vijf komma één metriek ton aan rauw eierschalenafval genereert voor elke dag. Dit afval wordt verzameld bij commerciële keukens en straatverkopers. In plaats van de schillen naar een vuilnisbelt te sturen, worden de schillen samen met stedelijk vast afval geroosterd in de reactoren van de plant. Dit verhittingsproces verwijdert niet alleen het problematische membraan, maar koolstofiseert ook de organische materie, waardoor het een brandstofbron wordt die bekend staat als groene houtskool.

De onderzoeker ontwierp vervolgens een mechanisch systeem om de twee resulterende materialen te scheiden. Terwijl het hete mengsel de reactor verlaat, passeert het een reeks rollen en trillende zeven. Omdat de geroosterde eierschalen broos zijn geworden en de houtskool dicht en taai blijft, kan de machine de schillen gemakkelijk vermalen tot een fijn stof, terwijl de houtskoolbrokken intact blijven. Een laatste luchtstroomsysteem blaast het lichte eierschalenstof in een opvangkamer voor de scrubbers, terwijl de zwaardere houtskool naar de brandstof-silo's van de plant wordt geleid. Deze scheiding is cruciaal; het zorgt ervoor dat de brandstof die de plant aandrijft schoon is, terwijl het stof puur genoeg is om als chemisch scrubmiddel te worden gebruikt.

Wanneer dit geroosterde eierschalenstof in de natte scrubber wordt geïntroduceerd, reageert het met het zwaveldioxide in het uitlaatgas. De chemische reactie neutraliseert het zuur en produceert een vaste bijproduct genaamd gips, een materiaal van hoge zuiverheid dat verkocht kan worden voor gebruik in de bouw en landbouw. De studie berekent dat dit systeem dagelijks tussen de één punt acht zes en twee punt acht acht metriek ton zwaveldioxide-emissies kan opvangen, waarbij meer dan zes metriek ton verkoopbaar gips wordt geproduceerd.

De financiële analyse suggereert dat dit niet alleen een milieugedachte is, maar een winstgevend bedrijfsmodel. De onderzoeker berekende dat het verwerken van eierschalen aanzienlijk minder kost dan het kopen en transporteren van gewonnen kalksteen, vooral wanneer rekening wordt gehouden met subsidies voor het afwenden van afval van vuilnisbelten en de inkomsten uit de verkoop van het gips. Over een periode van vijftien jaar wordt geprojecteerd dat het project zijn initiële apparatuurkosten in slechts iets meer dan drie jaar terugverdient. De studie geeft aan dat er sprake is van een sterk rendement op de investering, waarbij het project winstgevend blijft, zelfs als de inzameling van eierschalen minder efficiënt is dan verwacht. Het model laat zien dat het systeem bestand is tegen schommelingen in brandstofprijzen en leveringsproblemen, mits ten minste de helft van het beschikbare eierschalenafval wordt verzameld.

Buiten de cijfers om benadrukt de studie de bredere milieu-impact. Door eierschalen te gebruiken, vermijdt de plant de noodzaak om jaarlijks tot wel duizend driehonderdvijftig ton natuurlijke kalksteen te ontginnen, waardoor lokale ecosystemen worden bewaard en de koolstofvoetafdruk die gepaard gaat met mijnbouw en transport wordt verminderd. Het elimineert ook de milieurisico's van rottende eierschalen op vuilnisbelten, zoals de vrijgave van stinkende gassen en de contaminatie van de bodem. De studie concludeert dat deze aanpak een levensvatbaar, financieel gezond pad biedt om een veelvoorkomend afvalproduct te veranderen in een cruciale industriële hulpbron, waardoor een circulaire economie ontstaat waarin afval uit de stad helpt de industrie aan te drijven en te reinigen.