A világ népességének növekedése, az urbanizáció, az iparosodás és a távoli kereskedelem következtében megnőtt az energia-, víz- és földigény, valamint a hulladéktermelés és a szennyezés. Jelenleg a települési szilárd hulladékok nagy részét vagy lerakóba helyezik, vagy nyílt lerakókban ártalmatlanítják (Kaza et al., 2018; Adamcová et al., 2016), ami környezetkárosító gyakorlat, és számos országban kritikával illetik. A negatív szén-dioxid-kibocsátás egy évtizeden belüli eléréséhez olyan stratégiák elfogadására van szükség, mint a fosszilis tüzelőanyagok, például a kőolaj és a földgáz felhasználásának csökkentése, a szén-dioxid-leválasztás és -tárolás, a szén-dioxid-leválasztással és -tárolással járó bioenergia bevezetése, valamint a megújuló energiaforrások és a bioüzemanyagok használatának növelése (Pour et al., 2018). Egy nem rég megjelent tanulmányban (Or-Chen et al., 2024) kutatók vizsgálták a körforgásos gazdaság elveit a papírgyári iszapból történő etanolgyártás tekintetében. A környezeti fenntarthatóság és a fosszilis tüzelőanyagokkal szembeni megújíthatóság a második generációs etanolt vonzó energiaforrássá teszi a gyorsan növekvő népességű és fogyasztású világban.
A papír- és kartonhulladékok faanyagokból származnak. E hulladékok magas cellulóztartalmuk miatt számos területen hasznosíthatók. Többek között nanocellulóz alapanyagaként, építőanyagok kiegészítéseként vagy biogáz előállításában történő felhasználásuk is lehetséges (Peretz et al., 2020). Mindazonáltal ezidáig egyik megoldás sem volt életképes, ami azt eredményezte, hogy a világ papír- és kartonhulladékának nagy részét lerakóba helyezik vagy nyílt lerakókban ártalmatlanítják, ami jelentős környezeti problémákat okoz, mint például a talajvíz szennyezése, az üvegházhatású gázok kibocsátása és a hulladéklerakók gyorsabb feltöltődése (Robus et al., 2016). A cellulóz- és papíripar a fás biomassza egyik legnagyobb felhasználója, és következésképpen a cellulózban gazdag hulladékok fő termelője.
Az újrahasznosított papíriszap a papírgyártás mellékterméke, magas cellulóztartalma és kedvező ára miatt kiváló lignocellulóz biomasszaforrás a bioetanolgyártáshoz (Peretz et al., 2020). Az újrahasznosított papíriszap bioetanollá történő átalakítása összhangban van a körforgásos gazdaság koncepcióival (Adu et al., 2018). A papír jól vizsgált anyag, beleértve gyártási folyamatát, hulladéktermékét és tulajdonságait, ennek ellenére 2022-ben csökkent a kifejezetten a papírral és a papírhulladék anyagokkal foglalkozó publikációk száma. A körforgásos gazdaság témájában azonban az évszázad közepe óta drámaian megnőtt a publikációk és a kutatások száma. A körforgásos koncepciók iparágakban történő adaptálásának modelljei és ötletei összhangban vannak a fenntarthatósággal.
Az újrahasznosított papíriszap cellulóztartalmának hasznosításához előkezelési szakaszra van szükség a cellulózdarabkák felszabadításához. Ezt a szakaszt általában a folyamat korlátozó tényezőjének tekintik, mind a költséghatékonyság, mind a fenntarthatóság szempontjából. Az ózonozás hatékony és környezetbarát módszernek bizonyult a papírhulladék előkezelésére a bioetanol előállítása során (Rosen et al., 2019; Peretz et al., 2017) és a papírgyártás különböző szakaszaiban, továbbá a szennyvíz korszerű kezelésében is alkalmazzák (Cabrera, 2016). Az újrahasznosított papíriszap a hulladékból energiává alakítás során előnyben részesíthető forrásként használható. Utóbbinak nem az újrahasznosítással, hanem a hulladékhierarchiában lejjebb elhelyezkedő hulladéklerakóval kell versenyeznie (van Caneghem et al., 2019).
Mivel a jelenlegi gazdaság többnyire egy lineáris és nyílt végű rendszeren alapul, ez veszélyezteti a fenntarthatóságot és a jövőbeli igények kielégítésének képességét. A körforgásos gazdaság ezt a fenntarthatósági problémát kezeli, és egy ciklikus anyag- és energiaáramlási modellt javasol. Az etanol előállításához használt biofinomítás kulcsfontosságú lépés a körforgásos gazdaság felé, mivel lehetővé teszi a biomassza, a víz és a szén körforgásának lezárását és a maximális hasznosítást.
A bioüzemanyagok potenciálisan jelentős szerepet játszhatnak az energiaellátásban (Acheampong et al., 2017). A benzin helyettesítésének fejlesztése a közlekedési ágazatban nagy jelentőséggel bír, az etanol pedig globálisan elfogadott alternatívaként kezdett el terjedni, amit a világ éves termelésének növekedése is bizonyít, amely a 2007-es 13,0 milliárd gallonról 2015-re mintegy 25,6 milliárd gallonra nőtt, és 2023-ra várhatóan eléri a 36,9 milliárd gallont (Singh et al., 2022; Rosales-Calderon & Arantes, 2019). A bioetanolt jelenleg főként kifejezetten termesztett növényekből, pl. cukornádból és kukoricából állítják elő, de az újrahasznosított papíriszaphoz hasonlóan cellulózban gazdag biomasszából is előállítható (2. generációs bioetanol), mivel a cellulóz egy glükózpolimer. A mezőgazdasági földterület igénybevétele és az emberi táplálékforrások befolyásolása nélkül előállított szerves lignocellulóz-alapú anyagokat az energiaipar számára rendkívül gazdaságosnak ismerik el. Az előrejelzések szerint 2030 után a 2. generációs bioüzemanyag-termelés drámai felgyorsulása várható, és 2050-re a teljes közlekedési üzemanyag-szükséglet 26%-át fedezheti (Mandil, C., & Shihab-Eldin, 2010).
Forrás:
Or-Chen, D., Gerchman, Y., Mamane, H., & Peretz, R. (2024). Paper-Mill Wastes for Bioethanol Production in elation to Circular Economy Concepts: A Review. Applied Sciences, 14, 1081.
Adamcová, D., Vaverková, M. D., Stejskal, B., & Bˇroušková, E. (2016). Household solid waste composition focusing on hazardous waste. Polish Journal of Environmental Studies, 25, 487–493.
Kaza, S., Yao, L., Bhada-Tata, P., & vanWoerden, F. (2018). What a Waste 2.0: A Global Snapshot of SolidWaste Management to 2050, World Bank Group. 2018. Available online: https://datatopics.worldbank.org/what-a-waste/ (accessed on 20 September 2018).
Pour, N., Webley, P. A., & Cook, P. J. (2018). Potential for using municipal solid waste as a resource for bioenergy with carbon capture and storage (BECCS). International Journal of Greenhouse Gas Control, 68, 1–15.
Peretz, R., Mamane, H., Wissotzky, E., Sterenzon, E., & Gerchman, Y. (2020). Making cardboard and paper recycling more sustainable: Recycled paper sludge for energy production and water-treatment applications. Waste Biomass Valorization, 12, 1599–1608.
Robus, C. L. L., Gottumukkala, L. D., Rensburg, V., & Johann, F. G. (2016). Feasible process development and techno-economic evaluation of paper sludge to bioethanol conversion: South African paper mills scenario. Renewable Energy. 92, 333–345.
Adu, C., Jolly, M., & Kumar Thakur, V. (2018). Exploring new horizons for paper recycling: A review of biomaterials and biorefinery feedstocks derived from wastepaper. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, 13, 21–26.
Peretz, R., Gerchman, Y., & Mamane, H. (2017). Ozonation of tannic acid to model biomass pretreatment for bioethanol production. Bioresource Technology, 241, 1060–1066.
Rosen, Y., Mamane, H., & Gerchman, Y. (2019). Short ozonation of lignocellulosic waste as energetically favorable pretreatment. BioEnergy Research, 12, 292–301.
Cabrera, M. N. (2016). Pulp Mill Wastewater: Characteristics and Treatment, in Biological Wastewater Treatment and Resource Recovery, Farooq, R., & Ahmad, Z., Eds., InTech Open: London, UK, pp. 119–138.
van Caneghem, J., van Acker, K., & de Greef, J., Wauters, G., Vandecasteele, C. (2019). Waste-to-energy is compatible and complementary with recycling in the circular economy. Clean Technologies and Environmental Policy, 21, 925–939.
Acheampong, M., Ertem, F. C., Kappler, B., & Neubauer, P. (2017). In pursuit of Sustainable Development Goal (SDG) number 7: Will biofuels be reliable? Renewable and Sustainable Energy Reviews, 75, 927–937.
Rosales-Calderon, O., & Arantes, V. (2019). A review on commercial-scale high-value products that can be produced alongside cellulosic ethanol. Biotechnology for Biofuels, 12, 240.
Singh, S., Kumar, A., Sivakumar, N., & Verma, J.P. (2022). Deconstruction of lignocellulosic biomass for bioethanol production: Recent advances and future prospects. Fuel, 327, 125109.
Mandil, C., & Shihab-Eldin, A. (2010). Assessment of Biofuels Potential and Limitations, International Energy Forum. Available online: https://www.ief.org/_resources/files/events/biofuels-assessment-report/ief-biofuels-report.pdf (accessed on 10 March 2010).
