ORIGINAL PAPER
Environmental analysis of novel sorbents for mercury sorption
Łukasz Lelek 1  
,   Magdalena Wdowin 2  
,   Rafał Panek 3  
 
More details
Hide details
1
SBB Energy S.A., Poland
2
Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, Poland
3
Lublin University of Technology, Poland
CORRESPONDING AUTHOR
Magdalena Wdowin   

Mineral and Energy Economy Research Institute, Polish Academy of Sciences, Wybickiego 7A, 31-261, Kraków, Poland
Submission date: 2019-09-09
Final revision date: 2020-01-21
Acceptance date: 2020-01-22
Publication date: 2020-03-31
 
Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 2020;23(1):119–134
 
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
The reduction of mercury emissions in currently existing coal-based power plant solutions by each method i.e. preliminary, primary and secondary (consisting of introducing coal into the combustion chamber and then removing mercury from the combustion gases arising from the combustion process) does not solve the problem of achieving the required limits by power plants. Therefore, the need has arisen to look for new, effective solutions. The results presented in the work concern the analysis of environmental benefits for the use of zeolites obtained from by-products of coal combustion such as fly ash (from hard coal and lignite) in technologies for removing gaseous forms of mercury. The tested zeolites were silver-modified X-type structures. The reference material in the considerations was active carbon impregnated with bromine – a commercially available sorbent on the market. The article considers environmental benefits resulting from the use of tested zeolites taking the product life cycle, sorbent efficiency and the possibility of its regeneration compared to activated carbon (AC/Br) into account. The LCA analysis was performed taking the estimated material and energy balances of the manufacturing processes into account. When comparing the production process of type X zeolite materials on the processing line and activated carbons in the amount necessary to capture 375 g Hg from exhaust gases, the LCA analysis showed that zeolites contribute to a lower potential impact on the environment. The advantage is that 5 times less zeolite sorbent than activated carbons is needed to capture the same amount of mercury. In addition, zeolite materials can be regenerated, which extends their life time.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Analiza środowiskowa nowatorskich sorbentów do sorpcji rtęci
popiół lotny, LCA, rtęć, zeolity
Redukcja emisji rtęci w obecnie istniejących rozwiązaniach elektrowni bazujących na węglu zarówno metodami wstępnymi, jak i metodami pierwotnymi oraz metodami wtórnymi polegającymi na wprowadzeniu węgla do komory paleniskowej, a następnie usuwaniu rtęci z gazów wylotowych powstałych w procesie spalania, nie rozwiązuje problemu osiągnięcia wymaganych limitów przez elektrownie, w związku z czym istnieje potrzeba poszukiwania nowych, efektywnych rozwiązań. Przedstawione w pracy wyniki dotyczą analizy korzyści środowiskowych dla zastosowania zeolitów otrzymywanych z ubocznych produktów spalania, jakimi są popioły lotne (z węgla kamiennego i brunatnego) w technologiach usuwania gazowych form rtęci. Badane zeolity stanowiły struktury typu X modyfikowane srebrem. Materiałem referencyjnym w rozważaniach był węgiel aktywny impregnowany bromem – komercyjnie dostępny na rynku sorbent. W artykule rozważono korzyści środowiskowe wynikające z zastosowania badanych zeolitów uwzględniając cykl życia produktu, wydajność sorbentu oraz możliwość jego regeneracji w porównaniu do węgla aktywnego (AC/Br). Analizę LCA dokonano, uwzględniając oszacowane bilanse materiałowe i energetyczne procesów wytwarzania. Przy porównaniu procesu produkcji materiałów zeolitowych typu X na linii technologicznej oraz węgli aktywnych w ilości niezbędnej do wychwycenia z gazów odlotowych 375 g Hg, analiza LCA wykazała, iż zeolity przyczyniają się do mniejszego potencjalnego wpływu na środowisko. Zaletą jest fakt, iż do wychwycenia tej samej ilości rtęci niezbędne jest 5 razy mniej sorbentu zeolitowego niż węgli aktywnych. Ponadto materiały zeolitowe dodatkowo można regenerować, co wydłuża ich czas życia.
 
REFERENCES (22)
1.
Blissett, R.S. and Rowson, N.A. 2012. A review of the multi-component utilisation of coal fly ash. Fuel Vol. 97, pp. 1–23.
 
2.
Bose-O’Reilly et al. 2010 – Bose-O’Reilly, S., McCarty, K.M., Steckling, N. and Lettmeier, B. 2010. Mercury Exposure and Children’s Health. Curr Probl Pediatr Adolesc Health Care. 2010 September; 40(8), pp. 186–215, doi:10.1016/j.cppeds. 2010.07.002.
 
3.
Directive 2010/75/EU of the European Parliament and the Council on industrial emissions (integrated pollution prevention and control), adopted on 24 November 2010. (Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2010/75/UE z dnia 24 listopada 2010 r. w sprawie emisji przemysłowych (zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich kontrola)) (in Polish).
 
4.
European Commission (2010). Analysis of existing environmental impact assessment methodologies for use in life cycle assessment–background document. ILCD Handbook–International Reference Life Cycle Data System. Joint Research Centre.
 
5.
European Commission (2012). Joint Research Centre, Institute for Environment and Sustainability. Characterisation factors of the ILCD Recommended Life Cycle Impact Assessment methods. Database and Supporting Information. First edition. Publications Office of the European Union.
 
6.
Fawer et al. 1998 – Fawer, M., Postlethwaite, D. and Klüppel, H.J. 1998. Life Cycle Inventory for the Production of Zeolite A for Detergents. Int. J. LCA 3(2), pp. 71–74.
 
7.
Głodek, A. and Pacyna, J. 2016. Mercury emission from coal-fired power plants in Poland. Atmospheric Environment 43.
 
8.
Hauschild et al. 2013 – Hauschild, M.Z., Goedkoop, M., Guinée, J. et al. 2013. Identifying best existing practice for characterization modeling in life cycle impact assessment. Journal of Life Cycle Assessesment 18, pp. 683–697.
 
9.
ISO 14040: 2009. Environmental management – Life cycle assessment – Principles and structure (Zarządzanie środowiskowe – Ocena cyklu życia – Zasady i struktura). PKN, Warszawa 2014 (in Polish).
 
10.
ISO14044: 2009. Environmental management – Life cycle assessment – Requirements and guidelines (Zarządzanie środowiskowe – Ocena cyklu życia – Wymagania i wytyczne). PKN, Warszawa 2014 (in Polish).
 
11.
Kim et al. 2016 – Kim, S.A., Kwon, Y.M., Kim, S. and Joung, H. 2016. Assessment of Dietary Mercury Intake and Blood Mercury Levels in the Korean Population: Results from the Korean National Environmental Health Survey 2012–2014. Int. J. Environ. Res. Public Health 13, 877, doi:10.3390/ijerph13090877.
 
12.
Koornneef et al. 2008 – Koornneef, J., Keulen, T., Faaij, A. and Turkenburg, W. 2008. Life cycle assessment of a pulverized coal power plant with post-combustion capture, transport and storage of CO2. International Journal of Greenhouse Gas Control 2(4), pp. 448–467.
 
13.
Kowalski et al. 2007 – Kowalski, Z., Kulczycka, J. and Góralczyk, M. 2007. Ecological life cycle assessment of manufacturing processes (LCA) (Ekologiczna ocena cyklu życia procesów wytwórczych (LCA)). Polish Scientific Publishers PWN (in Polish).
 
14.
Li et al. 2009 – Li, P., Feng, X.B., Qiu, G.L., Shang, L.H. and Li, Z.G. 2009. Mercury pollution in Asia: A review of the contaminated sites. Journal of hazardous materials 168, pp. 591–601.
 
15.
Ma et al. 2019 – Ma, H., Zhang, Z., Zhao, X. and Wu, S. 2019. A Comparative Life Cycle Assessment (LCA) of Warm Mix Asphalt (WMA) and Hot Mix Asphalt (HMA) Pavement: A Case Study in China. Advances in Civil Engineering Vol. 2019, https://doi.org/10.1155/2019/9....
 
16.
Mercury in Europe’s environment. A priority for European and global action. EEA, Copenhagen 2018.
 
17.
[Online] http://www.ecoinvent.org/ [Accessed: 2019-12-25].
 
18.
Seo et al. 2019 – Seo, Y., Suzuki, M., Takagi, T. and Dowaki, K. 2019. Life-Cycle Assessment of Adsorbents for Biohydrogen Production. Resources 8(1), p. 52.
 
19.
Singh et al. 2016 – Singh, U., Sharma, N. and Mahapatra, S.S. 2016. Environmental life cycle assessment of Indian coal-fired power plants. International Journal of Coal Science & Technology 3, pp. 215–225.
 
20.
Wdowin et al. 2015 – Wdowin, M., Macherzyński, M., Panek, R., Górecki, J. and Franus, W. 2015. Investigation of the sorption of mercury vapour from exhaust gas by an Ag-X zeolite. Clay Minerals Vol. 50, Iss. 1, pp. 31–40.
 
21.
Wdowin et al. 2014 – Wdowin, M., Wiatros-Motyka, M.M., Panek, R., Stevens, L.A., Franus, W. and Snape, C.E. 2014. Experimental study of mercury removal from exhaust gases. Fuel 128, pp. 451–457.
 
22.
Żmuda et al. 2017 – Żmuda, R., Adamczyk, W., Lelek, Ł., Mandrela, S. and Wdowin, M. 2017. Innovative technology for the treatment of exhaust gas from mercury as a solution to meet the requirements of the BAT/BREF conclusions in the Polish power industry (Innowacyjna technologia oczyszczania spalin z rtęci jako rozwiązanie sprostania wymogom stawianym przez konkluzje BAT/BREF w polskiej energetyce). Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal Vol. 20, Iss. 4, pp. 103–116 (in Polish).
 
ISSN:1429-6675