Gąbka z popiołów lotnych wychwyci rtęć z powietrza

Powietrze zanieczyszcza nie tylko dwutlenek węgla czy tlenek siarki. Spalany w polskich elektrowniach węgiel zawiera także wysokie stężenia rtęci. Jak zapobiec jej dostawaniu się do atmosfery? Opowiada prof. Magdalena Wdowin z Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, laureatka Polskiej Nagrody Inteligentnego Rozwoju 2019 w kategorii „Naukowiec przyszłości”.

Zdjęcie spod mikroskopu (opis na końcu artykułu)

Zawarta w atmosferze rtęć łatwo dostaje się do wód i gleb, a w konsekwencji do organizmów żywych, dla których jest bardzo toksyczna. Dlatego tak ważne jest oczyszczanie powietrza z rtęci. Stąd pomysł naszej badaczki na materiał o strukturze gąbki, który przechwyci rtęć z gazów spalinowych. Będzie on wytwarzany z popiołu lotnego, który powstaje jako produkt uboczny w wyniku spalania paliw kopalnych (np. węgla). Popioły zwierają w sobie dużo krzemionki niezbędnej do otrzymywania charakterystycznych porowatych struktur. Prezentujemy wywiad z prof. Magdaleną Wdowin.

Od dawna głośno mówimy o emisji tlenków siarki, azotu czy dwutlenku węgla. Ale emisje rtęci to temat dość nieznany opinii publicznej…

Prof. Magdalena Wdowin: Tak, ale podnosiliśmy alarm co do używania termometrów rtęciowych. To najlepiej świadczy o tym, że nawet niewielkie ilości rtęci są bardzo niebezpieczne. Dopiero w 2013 roku pojawił się temat emisji rtęci i ich wpływu na organizmy żywe. W związku z tym od roku 2017 zaczęły obowiązywać nowe restrykcje unijne emisji tego związku. Wg nowej dyrektywy ws. emisji przemysłowych są one bardzo rygorystyczne dla elektrowni węglowych, przez co trudno jest przestrzegać dozwolonych limitów emisji. Co więcej, węgiel spalany w polskich elektrowniach ma wysokie zawartości rtęci, a jej koncentracja jest nierównomierna, co dodatkowo utrudnia jej ograniczanie.

Dlaczego te emisje są takie groźne?

Największy problem stanowi rtęć elementarna, która jest bardzo trwałym związkiem, a także migruje na bardzo dalekie odległości. Występując w atmosferze może dostawać się do organizmów żywych, głównie przez układ oddechowy, powodując różne powikłania (m.in. zaburzenia zmysłu wzroku, słuchu czy mowy). Natomiast w większych ilościach może doprowadzić do ostrych zatruć, z objawami niewydolności układu oddechowego, śpiączki lub nawet śmierci. Z kolei przy długotrwałym narażeniu na wdychanie rtęci obserwuje się drżenie mięśni kończyn i całego ciała, stany depresyjne, nadmierną pobudliwość, pogorszenie pamięci oraz stany lękowe.

Na czym polega Pani pomysł na oczyszczanie emisji z rtęci?

Zgodnie z założeniami gospodarki obiegu zamkniętego, postanowiłam wykorzystać popiół lotny, który jest głównym produktem spalania węgla kamiennego. Wyprodukowałam z niego sorbent, czyli substancję, która wychwytuje rtęć z gazów spalinowych. Przeprowadzałam modyfikacje aktywując sorbent różnymi metalami, tak żeby zwiększyć jego efektywność. Związek, który uzyskuję, czyli zeolit, działa na zasadzie sita czy gąbki, wchłaniając odpowiedniej wielkości cząsteczki gazu. Dzięki temu jesteśmy w stanie wychwycić właśnie rtęć, a nie inne składniki spalin.

Czy te właściwości zeolitu można wykorzystywać w filtrach na kominy elektrowni?

Może on też zastępować węgiel aktywny, który stosuje się już dzisiaj. Węgiel ten również potrafi wychwytywać rtęć, ale jego minusem jest mała termostabilność. Gdy mamy do czynienia z temperaturą powyżej 120 °C, może dojść do samozapłonu. W przypadku zeolitu jest inaczej. Może on spełniać swoją funkcję nawet przy minimum 400 °C.

Kiedy w praktyce elektrownie mogłyby stosować to rozwiązanie?

W najbliższym czasie planowane są testy. Na razie przebiegły one pomyślnie w warunkach laboratoryjnych na instalacji zbudowanej w ramach projektu do analiz pochłaniania rtęci w czystym strumieniu gazu oraz na aparaturze badawczej Akademii Górniczo-Hutniczej, symulującej skład spalin. Natomiast na skalę przemysłową musi być wyprodukowana znacznie większa ilość zeolitu (minimum 500 kg). Kolejnym etapem będzie przeprowadzenie analizy ekonomicznej. Jeżeli okaże się, że produkcja jest zbyt kosztowna, elektrownie mogą szukać innych rozwiązań.

Uśmiechnięta prof. Magdalena Wdowin

Źródło informacji: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN

Zdjęcie badaczki: archiwum prywatne prof. Magdaleny Wdowin

Zdjęcie spod mikroskopu: mikrofotografia SEM aktywowanej struktury zeolitowej typu Na-X, która efektywnie wychwytuje rtęć