Инновационная двухступенчатая технология обещает превратить очистные сооружения в источники энергии
Ученые из Вашингтонского государственного университета разработали новый процесс, который превращает осадок сточных вод в природный газ чистотой 99 процентов. Эта успешная пилотная программа подтвердила метод двойной выгоды для очистки сточных вод: он позволяет производить более чистый природный газ с большей эффективностью и снижает общую стоимость утилизации отходов. Интересно, что предварительная обработка местных сточных осадков привела к двухсотпроцентному увеличению производства возобновляемого природного газа при одновременном сокращении расходов на утилизацию вдвое. Этот высокочистый газ служит прямой климатически безопасной заменой ископаемому топливу и может использоваться для обогрева домов, производства электроэнергии и обеспечения транспорта с помощью существующей инфраструктуры.
Профессор Биргитте Аринг из лаборатории биопродуктов и Школы химического и биоинжиниринга пояснила, что эта технология позволяет преобразовать до 80 процентов осадка сточных вод в нечто ценное, и если исследователям удастся воспроизвести эту работу на других органических материалах, они получат технологию переработки отходов мирового уровня с точки зрения эффективности. Поскольку только в США работает около 15 000 очистных сооружений, очистка сточных вод представляет собой огромную и постоянную нагрузку на американскую энергосистему. Эти предприятия известны как энергетические «обжоры», потребляющие почти 4 процента всей электроэнергии страны для переработки муниципальных отходов. Для многих небольших сообществ местная очистная станция является не просто коммунальным объектом, а крупнейшим потребителем электроэнергии во всем районе. Кроме того, очистка сточных вод ежегодно выбрасывает 21 миллион метрических тонн парниковых газов. Традиционные методы переработки медленны и грязны, поскольку используют анаэробное сбраживание, в ходе которого микробам трудно расщеплять жесткие сложные молекулы, содержащиеся в человеческих отходах, что приводит к образованию гор «биотвердых остатков», которые обычно оказываются на свалках.
Команда Вашингтонского университета создала двухступенчатый метод. На первом этапе предварительной обработки осадок нагревали до высокой температуры и подвергали воздействию кислорода. Под давлением кислород действует как химическая пила, разрезая длинные молекулярные цепи на мелкие кусочки, доступные для бактерий. После этого вводится новый запатентованный штамм бактерий. В отличие от многих промышленных методов, использующих токсичные химикаты или дорогие катализаторы, эта бактерия неприхотлива. Профессор Аринг отметила, что этой бактерии ничего не нужно, она настоящая рабочая лошадка, ей не нужны органические добавки или тщательный уход, она прекрасно работает с водой и витаминной таблеткой. Бактериальный штамм преобразует углекислый газ и водород в 99-процентный чистый метан, то есть возобновляемый природный газ. Такое повышение эффективности почти вдвое снизило стоимость обработки, с 494 до 253 долларов за тонну.
Получив патент через Управление инноваций и предпринимательства Вашингтонского университета, команда теперь сотрудничает с промышленностью, чтобы масштабировать технологию для коммерческого использования. Профессор Аринг отмечает, что система максимизирует выход метана и при этом производит газ, готовый к подаче в трубопроводы. Проект объединяет передовую предварительную обработку с биологическим облагораживанием для создания новой масштабируемой модели циркулярной биоэкономики, превращая управление отходами в высокоэффективную систему рекуперации энергии. Если исследователи добьются успеха, 21 миллион метрических тонн парниковых газов, которые сейчас выбрасывают очистные сооружения, могут уйти в прошлое.
Исследование в журнале Chemical Engineering Journal.