Ученые ищут способы производства энергии из твердых бытовых отходов, количество которых продолжает расти, пишет eurekalert.org. По данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), в 2018 году американцы произвели 292 миллиона тонн мусора, также известного как твердые бытовые отходы (ТБО), что в три раза больше, чем шестьдесят лет назад.

Несмотря на рост объемов переработки и компостирования, большая часть производимых отходов отправляется на свалки, что является самым недорогим вариантом. По данным Управления энергетической информации США (EIA), в 2018 году около 12% ТБО было преобразовано в энергию на заводах по переработке отходов в энергию.

«Есть разные способы обработки мусора, – говорит Карлос Э. Ромеро, главный научный сотрудник и директор Центра энергетических исследований Университета Лихай. – Один – вынести его на свалку, другой – сжигать для производства электроэнергии, а третий – использовать в качестве сырья для производства биотоплива и биопродуктов. Однако природа ТБО – очень неоднородного материала с большим разнообразием его физических, химических и биологических характеристик – создает серьезные проблемы для оптимизации процессов их преобразования».

Центр энергетических исследований Лехайского Университета (США, Пенсильвания) получил награду от Министерства энергетики США на новый проект стоимостью 3,5 миллиона долларов по разработке передовых технологий для быстрого обнаружения и анализа потоков ТБО. Этот проект станет частью усилий Управления биоэнергетических технологий Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии на сумму 34 миллиона долларов, направленных на поддержку высокоэффективных исследований и разработок с целью улучшения и производства биотоплива, биоэнергии и биопродуктов.

Команда будет работать над оптимизацией одного из самых сложных аспектов процесса преобразования отходов в биоэнергетику: анализа материала. Этот проект объединит два типа передовой спектроскопии, лазерно-индуцированную спектроскопию пробоя (LIBS) и рамановскую спектроскопию в сочетании с искусственным интеллектом (AI).

Технология, над которой работает команда, предназначена для быстрого определения характеристик сырья ТБО на месте, предоставления критических данных о характеристиках и химического анализа за считанные минуты для упреждающего управления процессами последующих процессов производства биотоплива. Проект включает в себя разработку как аппаратных, так и программных элементов, которые вместе позволят повысить производительность определения характеристик ТБО по сравнению с базовыми методами как минимум на 25%. Такой подход может позволить перерабатывать отходы за минуты, а не за часы.

«Используя только LIBS, – говорит Яо, – мы смогли измерить только элементный состав топлива. Но, используя нейронные сети искусственного интеллекта, мы смогли повысить точность измерений и соотнести элементный состав с другими параметрами высокого порядка, такими как теплотворная способность и температура плавления золы».

Ромеро объясняет, что производителям энергии из отходов необходим точный анализ отходов в каждой партии.

«Существуют стандартные процедуры получения и анализа репрезентативной выборки, – говорит Ромеро. – Инновационная LIBS-рамановская спектроскопия команды в сочетании с искусственным интеллектом может значительно улучшить точность анализа, а также скорость, с которой он выполняется, облегчая включение этой информации в управление процессом биоэнергетического реактора».

Этот проект может привести к процессу, который будет проще и дешевле, что сделает переработку отходов в энергию более привлекательной альтернативой полигонам и приблизит США к экологически рациональному подходу к переработке отходов. Предлагаемый проект поддерживает цель в области инноваций по ускорению производства сырьевых технологий, которые будут способствовать развитию биоэкономики, за счет возможности определения характеристик сырья ТБО в режиме реального времени для упреждающего управления технологическими процессами последующих процессов производства биотоплива.