В сельском и лесном хозяйстве образуется большое количество отходов, получаемых из урожая. Годовой объем образования отходов биомассы в мире составляет порядка 140 Гт, и это создает значительные проблемы в области управления, поскольку выбрасываемая биомасса может оказывать негативное воздействие на окружающую среду.
Потоки биомассы являются потенциальным сырьем для производства различных продуктов, начиная от топлива, полимеров и заканчивая строительными материалами.
Растущее производство сельскохозяйственных отходов биомассы также создает риски для здоровья человека.
Нерегулируемое захоронение земель загрязняет поверхностные и подземные воды, вызывая эвтрофикацию, и при попадании в почву микрофлора стимулирует производство и выбросы парниковых газов (ПГ) NO и N2O, которые обладают значительно большим потенциалом глобального потепления, чем CO2.
В глобальном масштабе сжигается более 2 Гт растительных остатков, что составляет около 18% от общего объема выбросов CO2 в мире, плюс значительное количество твердых частиц/сжатого углерода.
Несмотря на сложные экологические последствия, есть положительные стороны (например, возобновляемость биомассы и углеродная нейтральность) и негативные (например, изменение землепользования, истощение почвенных запасов углерода и питательных веществ и утрата биоразнообразия и дефицита воды), нельзя игнорировать использование биомассы для производства энергии. Например, в развивающихся странах традиционно используются открытый огонь и низкоэффективные печи, что приводит к ухудшению качества воздуха в помещениях.
По мере того, как разрабатываемая энергетическая политика признает необходимость сокращения использования угля, возобновляемые источники энергии и устойчивое использование ресурсов биомассы приобретает все большее значение.
В глобальном масштабе все больший интерес вызывает потребность в "углеродосберегающих" управленческих решениях для сохранения энергии, минимизации выбросов CO2 и утилизации отходов.
Приверженность промышленно развитых стран к сокращению выбросов CO2 в атмосферу посредством инициатив по улавливанию и хранению углерода хорошо известна, однако возможности для этого отсутствуют из-за дороговизны и технологической готовности.
Недавние технологические разработки создали возможности для использования диоксида углерода (CCU), где CO2 используется в качестве сырья, которое преобразуется для производства ряда материалов, включая строительные материалы, пластмассы и топливо.
Однако для сохранения низких затрат успешное полное внедрение технологии CCU будет частично зависеть от прямого использования точечных выбросов CO и CO2 или, при необходимости, от их предпочтительного улавливания путем использования, например, более дешевых сорбентов.
Следует отметить, что целенаправленное использование CO2 для кондиционирования цементных материалов практикуется на протяжении десятилетий, в том числе для быстрого отверждения материалов на основе силиката кальция и бетонных изделий, таких как кровельная черепица.
Карбонизация используется для затвердения форм отходов на основе цемента и стабилизации почвы, загрязненной рядом тяжелых металлов, включая Zn, Cu и Pb для снижения риска образования отходов путем переработки углерода.
Утилизация отходов биомассы в сочетании с минерализованным CO2 может помочь замкнуть технологический "цикл" и снизить негативное воздействие отходов на окружающую среду.
Поскольку остатки биомассы все чаще сжигаются на электростанциях для получения энергии, было доказано, что их зола и точечный источник CO2 могут комбинироваться в процессе производства газированных продуктов.
Эта циркулярная стратегия управления имеет потенциал для сохранения площадей полигонов, увеличения ресурсов, выделяемых на строительство, и сокращения выбросов CO2, а также нанесения ущерба окружающей среде.
Поскольку не все остатки золы биомассы пригодны для прямой переработки путем карбонизации, опыт показывает, что многие из них легко газируются за счет их упрощающего минерального состава.
В этом случае те, которые не являются реактивными на CO2, могут быть использованы в "сырой" форме в сочетании с золой реактивной биомассы для получения композитных продуктов.
Таким образом, благодаря тщательному смешиванию золы биомассы и сырых отходов можно получать композитные продукты на основе карбонат-цемента; результаты будут представлены в полном объеме в другом месте.
В развивающихся странах, где остаток биомассы имеется в большом количестве, а цели развития способствуют быстрой урбанизации, новые продукты, способные заменить первичные материалы, могут иметь широкие преимущества.