Wie kann die Textilindustrie mehr Biogas produzieren?

Wie kann die Textilindustrie mehr Biogas produzieren?

Ein neuer Artikel in der Zeitschrift Energien hat das Potenzial der Biogaserzeugung in der Textilindustrie untersucht. Wissenschaftler aus Brasilien und Schweden haben zu der neuen Forschung beigetragen.

Lernen: Umfassende Meta-Analyse von Wegen zur Steigerung der Biogasproduktion in der Textilindustriej. Bildnachweis: Danish Khan/Shutterstock.com

Abfall in der Textilindustrie: Ein kritisches globales Umweltproblem

Die globale Textilindustrie produziert schätzungsweise 92 Millionen Tonnen Abfall pro Jahr und ist damit einer der Hauptverschmutzer. Abfälle entstehen in allen Phasen des Textilherstellungsprozesses. Faserproduktion, Abwasser, feste Nebenprodukte, Transport, Logistik, Einzelhandelsaktivitäten und Verbraucherabfälle tragen alle zu diesem kritischen Problem bei.

In der Textilindustrie werden mehrere tausend Chemikalien, darunter Farbstoffe, Schwermetalle, Lösungsmittel und Tenside, zur Herstellung von Kleidung und anderen Produkten verwendet. Das Vorhandensein dieser Chemikalien erhöht die potenzielle Toxizität von abgeleiteten festen Abfällen und Abwässern und verursacht Umweltschäden, die sich über längere Zeit als schädlich erweisen können.

Eine zentrale Herausforderung, vor der die Branche derzeit steht, ist der Trend zur Fast Fashion, die einem Geschäftsmodell von niedrigen Kosten, schneller Herstellung und dem Verkauf von preiswerten Artikeln folgt. Dieses Modell hat den Abfall, der durch die globale Bekleidungs- und Textilherstellung produziert wird, erheblich erhöht. Während die Industrie heute vielen Herausforderungen gegenübersteht, wächst das Bewusstsein, dass sich die Textilindustrie an die ökologischen Herausforderungen des 21st Jahrhundert.

In der in die Meta-Analyse einbezogenen Literatur werden verschiedene Quellen von Textilabfällen angegeben, die bei AD verwendet werden.  TDS = Textilfärbeschlamm.

In der in die Meta-Analyse einbezogenen Literatur werden verschiedene Quellen von Textilabfällen angegeben, die bei AD verwendet werden. TDS = Textilfärbeschlamm. Bildnachweis: Anacleto, TH et al., Energies

Nachhaltige Fertigung

Nachhaltige Fertigung ist in mehreren Branchen zu einem wichtigen Ziel geworden und hat das Potenzial, die Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen der globalen Textilindustrie erheblich zu mindern. In den letzten Jahren gab es zunehmend internationale Bemühungen, die durch mehrere Industriesektoren verursachten Schäden zu verringern, darunter COP 21 und die Ziele für nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen.

Diese Vereinbarungen waren ein wesentlicher Bestandteil der Neugestaltung der Textilindustrie. Ein Hauptziel von Regierungen und internationalen Gremien wie den Vereinten Nationen und der Europäischen Union ist es, die Kreislauffähigkeit der Industrie erheblich zu verbessern und Abfallströme zur Herstellung von Mehrwertprodukten wie Biogas und Industriechemikalien zu nutzen.

Biogasproduktion

In letzter Zeit ist das Interesse an der Möglichkeit gewachsen, Textilabfälle zur Erzeugung von Biogas zu nutzen, einer Schlüsseltechnologie auf dem Weg zu Netto-Null-Kohlenstoff. Biogas hat sich zu einer vielversprechenden Energiealternative für den Industrie- und Transportsektor entwickelt.

Die anaerobe Vergärung wurde in mehreren Industriezweigen zur Herstellung von Biogas und Industriechemikalien eingesetzt und hat sich als umweltverträgliche und kostengünstige Alternative für die Abfallwirtschaft erwiesen. Abgesehen von der Biogasproduktion in der Textilindustrie hat die anaerobe Vergärung enorme Vorteile für die Abwasserbehandlung und -wiederverwendung.

Zentrale Herausforderungen bestehen jedoch bei der effizienten Produktion von Biogas und anderen wichtigen Wertschöpfungsprodukten in der Textilindustrie durch alleinige anaerobe Vergärung. Dazu gehört vor allem das Vorhandensein von Chemikalien, widerspenstigen Verbindungen und organischen Schadstoffen in Abfallströmen. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, wurde weithin die Verwendung von Vorbehandlungen vorgeschlagen.

Vielfalt der Methoden, aus denen sich die Vorbehandlungskategorien zusammensetzen, die zur Verbesserung der AD von Textilabfällen angewendet werden, berichtet in Artikeln, die in der Meta-Analyse enthalten sind.  Biologisch: alkalische Endopeptidase (n=16);  Chemikalie: Nährstoff (n=4), NaOH (n=1), HCl (n=1), Mikrobelüftung (n=11), Ozonisierung (n=2), N-Methylmorpholin-N-oxid (NMMO) (n=1 );  physikalisch: thermisch (n=7), Autoklav (n=14), Beschallung (n=3), UV-Photoabbau (n=1), flüssiger Stickstoff (LN2) (n=4);  chemisch + physikalisch: Na2CO3 + thermisch (n = 24), thermisch + NaOH (n = 1);  chemisch + chemisch: Mikrobelüftung + H2SO4 (n = 3).

Vielfalt der Methoden, aus denen sich die Vorbehandlungskategorien zusammensetzen, die zur Verbesserung der AD von Textilabfällen angewendet werden, berichtet in Artikeln, die in der Meta-Analyse enthalten sind. Biologisch: alkalische Endopeptidase (n=16); Chemikalie: Nährstoff (n=4), NaOH (n=1), HCl (n=1), Mikrobelüftung (n=11), Ozonisierung (n=2), N-Methylmorpholin-N-oxid (NMMO) (n=1 ); physikalisch: thermisch (n=7), Autoklav (n=14), Beschallung (n=3), UV-Photoabbau (n=1), flüssiger Stickstoff (LN2) (n = 4); chemisch + physikalisch: Na2CO3 + thermisch (n = 24), thermisch + NaOH (n = 1); chemisch + chemisch: Mikrobelüftung + H2N / A4 (n = 3). Bildnachweis: Anacleto, TH et al., Energies

Vorbehandlungen verbessern die Abbaubarkeit von organischem Material, erhöhen die Biogasausbeute und verbessern die Entfernung von toxischen Verbindungen wie Farbstoffen. Chemische, biologische und physikalische Vorbehandlungsmethoden können entweder isoliert oder in Kombination miteinander angewendet werden.

Unter diesen Methoden haben sich biologische Vorbehandlungen mit Mikroorganismen aufgrund ihrer Kosten- und Energieeffizienz sowie ihrer Umweltverträglichkeit aufgrund des Fehlens schädlicher Chemikalien und toxischer Nebenprodukte als vorteilhaft erwiesen.

Die Studium

Die Forscher hinter dem neuen Papier haben eine systematische Überprüfung und Metaanalyse der aktuellen Literatur und Daten durchgeführt, um die Wirksamkeit von Vorbehandlungen für die Produktion von Biogas aus Textilabfällen zu bewerten. Aus den verfügbaren chemischen, biologischen, physikalischen und hybriden Vorbehandlungen wurden die besten Alternativen ermittelt. Optimale Kosten-Nutzen-Verhältnisse wurden von den Autoren vorgeschlagen.

Basierend auf ihrer Analyse der aktuellen Peer-Review-Literatur zeigten die Autoren, dass biologische Vorbehandlungen eine optimale anaerobe Vergärung der Biogasproduktion fördern. Durch die enzymatische Vorbehandlung wird im Vergleich zu physikalischen und chemischen Verfahren eine durchschnittliche Erhöhung der Methanausbeute um 360 % ermöglicht.

Darüber hinaus sind bei biologischen Vorbehandlungen keine zusätzlichen Chemikalien erforderlich, wodurch das Auftreten toxischer Nebenprodukte verringert wird. Dies hat enorme Vorteile für die Abwasserbehandlung und die Wasserwiederverwendung. Abwässer aus der Textilindustrie sind sauberer, mit geringeren Gehalten an löslichen Chemikalien und festen Abfällen, wodurch die durch abfließendes Abwasser verursachten Umwelt- und Gesundheitsschäden reduziert werden.

Effektgröße nach natürlichem Log-Response-Verhältnis (RR) des Methanertrags mit 95 % Konfidenzintervall (KI) (p-Wert = 0,05), Vergleich der Leistung der biologischen, chemischen, physikalischen, chemisch + physikalischen und chemisch + chemischen Vorbehandlungen.  Signifikanter Code p = 0,05

; n = Anzahl der Effektgrößen pro Behandlungstyp.

Effektgröße nach natürlichem Log-Response-Verhältnis (RR) des Methanertrags mit 95 % Konfidenzintervall (KI) (p-Wert = 0,05), Vergleich der Leistung der biologischen, chemischen, physikalischen, chemisch + physikalischen und chemisch + chemischen Vorbehandlungen. Signifikanter Code p ≤ 0,05

; n = Anzahl der Effektgrößen pro Behandlungstyp. Bildnachweis: Anacleto, TH et al., Energies

Biologische Vorbehandlungen weisen auch ein günstiges Kosten-Nutzen-Verhältnis auf, da mit diesen Verfahren zur Behandlung von Textilabfällen vor der anaeroben Vergärung und der Biogasproduktion niedrige Investitionskosten und ein geringer Energieverbrauch erzielt werden.

Die Implementierung dieser Prozesse in der Textilindustrie bietet enorme Vorteile für die Reduzierung schädlicher Abfallprodukte und die Nutzung von Abfallströmen zur Herstellung von Mehrwertprodukten wie Biogas. Dies verbessert die Zirkularität der globalen Industrie und hilft ihr, ihre Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Obwohl es enorme Vorteile gibt, sind weitere Forschungen zu neuen Enzymen und zur Abwasserbehandlung erforderlich, wenn diese Lösung in Zukunft vollständig realisiert werden soll. Weiterführende Lektüre Anacleto, TH et al. (2022) Umfassende Meta-Analyse von Wegen zur Steigerung der Biogasproduktion in der Textilindustrie [online] Energien

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