Joka päivä miljoonia kartonkilaatikoita poistuu kodeistamme ja päätyy sinisiin kierrätysastioihin. Ne ovat viimeinen vaihe online-kaupan nopeutetussa kulutusjaksossa. Tämä materiaali, joka on niin arkipäiväinen, ettemme edes kiinnitä siihen huomiota, voi kuitenkin saada yllättävän uuden elämän: siitä voi tulla polttoaine suurten sähkövoimalaitosten energiantuotantoon. Jätteet, jotka päätyvät energiakartalle. Nottinghamin yliopiston insinöörien ryhmä osoitti ensimmäistä kertaa, että kierrätetty kartonki voi olla tehokas biomassan lähde voimalaitoksissa. Biomass and Bioenergy -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa verrataan kartonkia yleisesti hyväksyttyyn teolliseen biomassastandardiin – eukalyptukseen.
Insinöörit eivät vain tarkkailleet kartongin palamista. He silppusivat sen, tutkivat sen muotoa, analysoivat sen kemiallista koostumusta, analysoivat sen reaktiota lämpöön ja vapautuvan hiilen määrää. He jopa kehittivät oman menetelmän, joka perustuu termogravimetriseen analyysiin, kalsiumkarbonaatin pitoisuuden tarkkaan mittaamiseen jokaisessa näytteessä. Tämä komponentti, jota esiintyy usein painetussa kartongissa, antaa materiaalille jäykkyyttä, mutta vaikuttaa myös sen palokäyttäytymiseen. Tämän menettelyn avulla he voivat ennustaa, mitkä kartonkityypit sopivat teolliseen kattilaan ja mitkä voivat aiheuttaa ongelmia.
Tieteelliset tiedot, jotka vahvistavat kartongin polttamisen tehokkuuden. Tutkimus ylitti teorioiden rajat. Kartongin palamista testattiin kahdessa tyypissä järjestelmissä, jotka ovat samanlaisia kuin voimalaitoksissa käytettävät:
- Putkiuuni tippupolttamisella: simuloi hienonnetun biomassan nopeaa palamista.
- Tutkijat havaitsivat, että kartongin hiukkaset muodostavat erittäin reaktiivisia okularisoituja hiukkasia (hiilijäämiä, jotka jäävät jäljelle ensimmäisen palamisvaiheen jälkeen) ja että niiden rakenne on pääasiassa hienojakoinen ja huokoinen, mikä edistää nopeaa palamista.
- Muffeliuuni: jäljittelee pseudo-kerrostettua kerrosta tai ritiläuunia. Jopa pitkän altistuksen jälkeen kartonki säilytti erinomaiset palamisominaisuudet.
Lisäksi hiukkasten koko ja muoto määritettiin analysoimalla yli miljoona hiukkasta näytettä kohden. Kartongin taipumus muodostaa ”huokoisia aggregaatteja” jauhatuksen aikana aiheuttaa ongelmia sen teollisessa jalostuksessa. Lisäksi kartongin ominaisuuksia, kuten pallomainen muoto ja mittasuhteet, korreloitiin, mikä voi parantaa tulevia palamismalleja. Kuten tutkimuksessa selitetään, tämä yksityiskohtainen analyysi mahdollistaa palamisen tehokkuuden ennustamisen ja teollisten strategioiden kehittämisen kartongin integroimiseksi polttoainevirtaan.
Tulos oli erittäin suotuisa. Tämän kokeen avulla insinöörit pystyivät osoittamaan, että kartonki sisältää vähemmän hiiltä (38 %) kuin eukalyptus (46,7 %) ja että sen lämpöarvo on myös alhaisempi (15,9–16,5 MJ/kg verrattuna 21 MJ/kg). Sen hiili on kuitenkin hienojakoisempaa, huokoisempaa ja kemiallisesti aktiivisempaa, mikä nopeuttaa palamista. Lisäksi se sisältää huomattavasti enemmän tuhkaa (8,9–10,6 % verrattuna eukalyptuksen 0,6 %:iin), mikä on erittäin tärkeää kattiloille.
Mitä muuta on ratkaistava? Vaikka tekninen potentiaali on ilmeinen, tutkimus osoittaa selvästi, että kartonki ei ole vielä valmis käytettäväksi voimalaitosten kattiloissa. Kolme pääongelmaa on ratkaistava:
- Kuljetus- ja käsittelyongelmat. Kartonki käyttäytyy eri tavalla kuin puu jauhatuksessa: se muodostaa huokoisia palasia, joiden tiheys on erittäin alhainen, mikä vaikeuttaa sisäistä kuljetusta, haittaa materiaalin jatkuvaa syöttöä kattiloihin ja voi lisätä tukkeutumisen ja kertymisen riskiä. Tutkimus varoittaa, että jauhatus- ja syöttöjärjestelmät on mukautettava, jotta virtaus on vakaa ja turvallinen.
- Kalsiumin käyttäytyminen. Kartonki sisältää paljon CaCO₃, erityisesti painamisen jälkeen. Tämä kalsium voi käyttäytyä eri tavoin riippuen lämpötilasta ja kattilan tyypistä. Joissakin tapauksissa se nostaa tuhkan sulamislämpötilaa, mikä on hyödyllistä, mutta toisissa tapauksissa se voi edistää kuonan muodostumista tai vaikuttaa polttoaineen laatuun. Tutkimuksessa suositellaan kartongin käyttäytymisen analysointia voimalaitostyypin mukaan, koska kaikki teknologiat eivät siedä näitä vaihteluita yhtä hyvin.
- Tarvitaan laaja teollinen validointi. Laboratoriotestit ovat rohkaisevia, mutta toistaiseksi puuttuu keskeinen vaihe: kartongin testaaminen todellisissa käyttöolosuhteissa. Tutkijoiden mukaan teollisuuden on suoritettava testit erilaisilla teknologioilla varustetuissa kattiloissa, arvioitava päästöt, tutkittava tuhkan kertymistä ja koostumusta sekä testattava sen yhteensopivuus olemassa olevien biomassaseosten kanssa. Vasta sen jälkeen voidaan määrittää, voidaanko kartonki integroida biomassaan turvallisesti ja kestävästi.
Arjen materiaali, jolla on yllättävä tulevaisuus. Kartonki suojaa pizzaa, televisioita, kirjoja ja kodinkoneita. Kierrätämme sitä ajattelematta. Mutta Nottinghamin tutkimus viittaa siihen, että tämä jokapäiväinen jäte voi olla uusi askel kohti energiasiirtymää, joka edistää polttoaineiden lähteiden monipuolistamista ja runsaslukuisien paikallisten resurssien käyttöä.
Tänään pidämme sitä jätteenä. Huomenna se voi auttaa sähköntuotannossa. Kipinä on syttynyt: nyt meidän on ymmärrettävä, onko teollisuus valmis – ja kykenevä – muuttamaan sen todelliseksi energiaksi.
