סטטוס המחקר והתקדמות של ניצול בעל ערך גבוה של אפר פחם מפוחם

הצמיחה המהירה בביקוש האנרגיה העולמי סללה את הדרך לפיתוח חלופות למשאבים טבעיים. עם זאת, פחם עדיין ממלא תפקיד חשוב במקור האנרגיה העיקרי בעולם. פחם היווה 29% מאספקת האנרגיה העולמית בשנת 2015, וההערכה היא שעד 2035, פחם עדיין יהווה 24% מהאנרגיה. כתוצר לוואי תעשייתי של תחנות כוח פחמיות, כמות אפר הפחם תישאר גבוהה לאורך זמן.אפר פחם הפך למוקד של דאגה סביבתית בשל הרכבו המורכב והטיפול הבלתי סביר בו. יחד עם זאת, אפר פחם הוא משאב פוטנציאלי, אשר זקוק בדחיפות לניצול סביר. כיום, ניצול משאבי אפר פחם כרוך במגוון רחב של תחומים, אך שיעור הניצול בעל הערך הגבוה נמוך. הנחת היסוד של ניצול בעל ערך גבוה היא לחקור את תכונותיו של אפר פחם. אפר פחם מורכב מחלקיקים כדוריים אמורפיים מוצקים או חלולים, חלקיקי פחמן לא שרופים לא סדירים וחלקיקי מינרלים כגון מוליט, קוורץ, המטיט וכו'. ישנם כמה הבדלים בתכונות הפיזיקליות, בהרכב הכימי ובהרכב המינרלים של אפר פחם באזורי ייצור שונים. אופן השימוש בו ומטרתו גם אינם זהים. ההרכב המורכב של אפר פחם הוא מכשול עיקרי לניצול בעל ערך גבוה. עם זאת, ניתן להפריד את הרכיבים השימושיים, כגון מיקרו-כדורים חלולים, פחמן לא שרוף, חומרים מגנטיים וכו' מרכיבים מורכבים באמצעות טכניקות הפרדה סבירות. ההרכב הכימי וההרכב המינרלי של אפר פחם הם חומרי גלם במחיר נמוך עבור מוצרים בעלי ערך מוסף גבוה כגון גיאופולימרים, קרמיקה מזכוכית ו... זאוליטים. להרכב הכימי ולגודל החלקיקים המקורי של אפר פחם יש השפעה רבה על חוזק הגיאופולימרים. יש לקבוע את התנאים הטכניים האופטימליים על סמך התחשבות מלאה בתכונות הבסיסיות של אפר פחם בעת הכנת גיאופולימרים. על פי ההרכב הכימי של אפר פחם, קרמיקת הזכוכית המוכנה מאפר פחם מורכבת בעיקר משתי מערכות: CaO-Al2O3-SiO2 ו-MgO-Al2O3-SiO2, אך צריכת האנרגיה של שיטת ההכנה גבוהה יחסית. שיטת הסינטר הישיר עם צריכת אנרגיה נמוכה עדיין צריכה להיחקר ולהיות פופולרית יותר. ישנם ניסויי יישום רבים של זאוליט המסונתז מאפר פחם, אך נערכו מעט ניסויים תעשייתיים. המחקר התיאורטי על הכנת סיליקה מזופורית וניסויי אירוסול סיליקה אינו יסודי מספיק, התנאים קשים לשליטה, ועדיין יש דרך ארוכה עד לייצור תעשייתי.