Naukowcy z Koreańskiego Instytutu Badań nad Energią (KIER) opracowali nową technologię rozkładu czynnika chłodniczego R134a przy użyciu odpadów przemysłowych.
Technologia ta ma kilka potencjalnych korzyści dla środowiska: ograniczy emisję gazów cieplarnianych, pozwoli na wykorzystanie toksycznych przemysłowych produktów ubocznych i będzie bardziej energooszczędna niż istniejące metody niszczenia HFC.
W Laboratorium Kompozytów Wodorowych KIER zespół badawczy dr Lee Shin-geuna z powodzeniem rozłożył HFC R134a z 99% wydajnością, stosując „czerwony szlam” jako katalizator.
Odpady przemysłowe Surowce z czerwonego szlamu (po lewej) Katalizator z czerwonego szlamu przetworzony na pelety (po prawej)
Czerwony szlam jest produktem ubocznym produkcji aluminium i zawiera tlenki żelaza, glinu i krzemu. Ma czerwony kolor. Każdego roku produkuje się ponad 200000 ton. Obecnie większość czerwonego szlamu trafia na wysypiska śmieci, jest on jednak silnie zasadowy i zawiera metale ciężkie, które mogą zanieczyszczać glebę i wodę.
Tradycyjnie R134a poddaje się obróbce głównie metodami spalania i plazmą, ale spalanie powoduje wtórne zanieczyszczenie, podczas gdy metody plazmowe wymagają wysokich temperatur, zużywają dużo energii i zwiększają koszty sprzętu. Aby rozwiązać te problemy, zespół badawczy opracował technologię rozkładu katalitycznego, która może działać w temperaturach niższych niż plazma. Odkryli, że składniki metalowe, takie jak żelazo i aluminium, zawarte w czerwonym szlamie mogą oddziaływać ze sobą, tworząc silny i stabilny katalizator rozkładu czynnika chłodniczego.
Szlam czerwony ma porowatą strukturę, dużą powierzchnię na jednostkę masy i wysoką stabilność termiczną, co umożliwia sprawny przepływ materiałów reakcyjnych i zapobiega deformacjom fizycznym i chemicznym oraz uszkodzeniom katalizatora. Ponadto czerwony szlam może również służyć jako nośnik zapewniający środowisko sprzyjające reakcjom katalitycznym i zwiększający trwałość i aktywność katalizatora.
Aby jeszcze bardziej wzmocnić efekt rozkładu, zespół badawczy zastosował prosty proces obróbki cieplnej, aby promować interakcję składników wapnia, krzemu i aluminium, tworząc materiał kompozytowy składający się z glinianu trójwapniowego i skalenia wapniowo-glinowego. Materiał ten jest zwykle używany w celu poprawy wytrzymałości cementu. Może zwiększyć siłę wiązania cząstek katalizatora i rozszerzyć obszar reakcji, poprawiając w ten sposób efekt rozkładu.
Fluorowodór powstały podczas rozkładu R134a reaguje z tlenkiem wapnia, tworząc fluorek wapnia. Ten chemicznie stabilny fluorek wapnia tworzy cienką warstwę na powierzchni katalizatora, chroniąc katalizator i zapobiegając jego uszkodzeniu.
Katalizator opracowany przez zespół badawczy utrzymywał wysoką szybkość rozkładu przekraczającą 99% przez 100 godzin, wykazując doskonałą wydajność rozkładu. Dzięki prostemu procesowi suszenia i kruszenia można wyprodukować 1 kg katalizatora na godzinę, co jest wygodne w przypadku produkcji na dużą skalę.
Ponieważ surowce pochodzą z recyklingu odpadów przemysłowych, nie ma żadnych kosztów, co może obniżyć koszty usuwania odpadów i wygenerować dodatkowy dochód.
Dr Li Xingen powiedział: „Czerwony szlam jest silnie zasadową substancją, która po uwolnieniu do środowiska spowoduje poważne zanieczyszczenie, ale nie ma odpowiedniej technologii oczyszczania i recyklingu. Opracowana przez nas technologia produkcji katalizatorów może nie tylko recyklingować odpady i zmniejszać wpływ na środowisko zanieczyszczeń, ale także skutecznie rozkładają czynniki chłodnicze, powodując silny efekt cieplarniany.”
