Kloaker kunne hjælpe med at rense atmosfæren

Spildevandsrensning - en uglamorøs rygrad i bylivet - kunne tilbyde en omkostningseffektiv måde at bekæmpe klimaændringer ved at skylle drivhusgasser ud af atmosfæren.

I en artikel, der analyserer flere mulige tekniske tilgange i tidsskriftet Naturens bæredygtighed den 18. december, 2018, forskere ved Princeton University konkluderede, at kloakanlæg, der betjener kommuner verden over, tilbyder en stor mulighed for at opfange kuldioxid og andre drivhusgasser. Selvom vi advarer om, at forskning og udvikling er nødvendig, før systemerne kan implementeres, holdet identificerede adskillige potentielt levedygtige veje til at bruge spildevand som en kulstofvask - dvs. kloakanlæg kunne rense atmosfæren, mens de renser vand.

"Vandindustrien kan spille en stor rolle i at tackle klimaændringer, " sagde seniorforfatter Jason Ren, professor i civil- og miljøteknik og Andlinger Center for Energi og Miljø. "Det er en meget spændende idé, fordi folk altid tænker på energi eller transport, men vand er ikke blevet betragtet som en væsentlig faktor i kulstofreduktion."

Kloakanlæg er massive industrielle operationer, der bruger en række forskellige teknikker til at fjerne forurenende stoffer, før spildevand vender tilbage til miljøet. Selvom de fleste mennesker aldrig tænker på systemerne, vandmængden er svimlende. New York City, for eksempel, driver 14 kloakanlæg og behandler 1,3 milliarder gallons vand dagligt (nok til at fylde omkring 22, 000 olympiske puljer.)

I de seneste år, forskere har foreslået metoder til at bruge det spildevand til at opfange nok kulstof til at udligne den mængde, der genereres til at drive tungt udstyr, der bruges til at drive kloakanlæg. De opdagede, at nogle teknikker ikke kun ville gøre det muligt for planterne at balancere deres egne emissioner (rengøring af vand kræver et betydeligt energiforbrug), de kunne også absorbere ekstra kulstof, som operatørerne pumpede ind i kloakvandet, mens det bevægede sig gennem anlæggene.

"Hvis du betragter det som en ressource, du kan omdanne en del af affaldsmaterialet inklusive CO2 til produkter, " sagde Ren. "Du kunne faktisk tjene penge."

Generelt, operatørerne ville bruge rør til at pumpe kuldioxidgas ind i kloakvandet i anlæggene. De ville derefter bruge en række forskellige teknikker til at omdanne gassen til carbonatmineraler, biobrændstoffer eller en slambaseret gødning kaldet biochar.

Forskerne gennemgik en række teknikker, herunder:

Mikrobiel elektrolytisk kulstoffangst

Denne teknik bruger en kombination af bakterier og en lav elektrisk ladning til at ændre vandets alkalinitet og, med tilsætning af silikater, omdanne kuldioxid til fast carbonat og bi-carbonat. Ud over de faste stoffer, som kan bruges af industrien, processen skaber store mængder brintgas. Forskerne bemærkede, at denne teknik i øjeblikket bruges i laboratoriet, og at der er behov for yderligere arbejde for at vise, om den er økonomisk og anvendelig på industrielt niveau.

Mikrobiel elektrosyntese

Mikrobiel elektrosyntese ligner den mikrobielle elektrolytiske teknik bortset fra, at processen er afhængig af bakterier til direkte at fange kuldioxid og omdanne det til andre organiske forbindelser såsom ethanol eller myresyre. Forskerne bemærkede, at teknologien er lovende, men store gennembrud er nødvendige for fuldt ud at udvikle processen.

Dyrkning af mikroalger

Dyrkning af mikroalger kan bruges som et supplement til andre processer. Alger og bakterier bruger kuldioxiden, kvælstof og fosfor i spildevandet til at vokse. Operatører høster derefter algerne, som kan bruges som dyrefoder, til jordbehandling eller i biobrændstofproduktion. Forskerne sagde, at arbejdet går fremad med at identificere de bedste lokale mikrobielle samfund, små og intensive bioreaktorer, og effektive teknikker til adskillelse af faste stoffer og væsker.

Biochar produktion

Denne metode omdanner spildevandsslam og mikroalger til materiale, der forbedrer jordens evne til at tilbageholde vand og næringsstoffer. Teknikken, som fjerner patogener, er normalt selvforsynende med hensyn til energi, selvom det meste biokul nu er lavet af tørre planter. Forskerne sagde, at brug af spildevandsslam til at lave biokul kan kræve mere energi eller yderligere trin for at tage højde for det yderligere vandindhold.

Ren sagde, at mange steder, kloakanlæg er allerede placeret i nærheden af ​​industrianlæg, der udleder store mængder kuldioxid såsom kraftværker, cementfabrikker og raffinaderier. Han sagde, at brug af kloaksystemer til at fange kulstoffet kunne give et økonomisk afkast for disse virksomheder i form af kulstofkreditter. Han sagde også, at teknikken kunne bruges af industrier, der allerede kører deres egne spildevandsbehandlingssystemer, såsom olie- og gasproducenter, bryggere, og destillationsvirksomheder. Når man analyserer de potentielle miljømæssige og økonomiske fordele ved en sådan operation, de fandt millioner af tons CO2 kunne opfanges og udnyttes, mens milliarder af dollars i indtægter kunne genereres i både USA og Kina, verdens to største CO2-udledere.

Forskerne advarede om, at selvom mange teknikker er lovende, "konceptet er stadig i sin vorden." De sagde, at fuld brug af teknologien vil kræve arbejde fra ikke kun videnskabsmænd, men også regulatorer, investorer og industri.

Jerald Schnoor, en ingeniørprofessor ved University of Iowa, sagde, at nationale ledere bør overveje spildevandsrensning som en del af bestræbelserne på at mindske landets CO2-fodaftryk i de kommende årtier.

"Spildevandsrensning er en af ​​de største energibrugere og drivhusgasudledere i et kommunalt regneark, " sagde Schnoor, som ikke var involveret i denne undersøgelse. "Teknologier eksisterer i pilotskala for at opnå nul CO2- og energifodaftryk, men de er ikke bevist at være skalerbare eller omkostningseffektive på nuværende tidspunkt. Da landet nu går i gang med "grøn infrastruktur"-initiativer, som drøftet af den nye kongres, det burde have høj prioritet."