Oamenii de știință de la Universitatea Tehnologică Nanyang, Singapore (NTU Singapore), au dezvoltat o metodă inovatoare de energie solară pentru a transforma nămolul de canalizare -- un produs secundar al tratării apelor uzate -- în hidrogen verde pentru energie curată și proteină unicelulară pentru alimentarea cu animale.
Publicat înApa naturală, Metoda nămol-la-alimente și combustibil abordează două provocări globale presante: gestionarea deșeurilor și generarea de resurse durabile. Acest lucru se aliniază obiectivului NTU de a aborda cele mai mari provocări ale umanității, cum ar fi schimbările climatice și durabilitatea.
Națiunile Unite estimează că în jur de 2,5 miliarde de persoane vor trăi în orașe până în 2050. Împreună cu creșterea orașelor și industriilor vine o creștere a nămolului de canalizare, ceea ce este notoriu dificil de prelucrat și de eliminat datorită structurii sale complexe, compoziției și contaminanților, cum ar fi metale grele și agenți patogeni.
Potrivit Un-Habitat, peste 100 de milioane de tone de nămoluri de canalizare sunt generate la nivel global în fiecare an, o sumă care crește anual. Cu toate acestea, metodele comune de eliminare --, cum ar fi incinerarea sau depozitul de deșeuri --, consumă timp, în mod eficient din punct de vedere energetic și contribuie la poluarea mediului.
Pentru a aborda problema nedorită și dificil de tratat nămolul de canalizare, cercetătorii NTU au creat un proces cu trei etape cu energie solară care integrează tehnicile mecanice, chimice și biologice.
Testele de dovadă a conceptului au relevat faptul că procesul echipei NTU este mai eficient decât tehnicile convenționale precum digestia anaerobă -- prin care bacteriile descompun deșeurile organice pentru a produce biogaz și reziduuri bogate în nutrienți. Recuperează semnificativ mai multe resurse, elimină complet contaminanții cu metale grele, are o amprentă de mediu mai mică și oferă o mai bună fezabilitate economică.
Cercetătorul principal profesor asociat Li Hong de la Școala de Inginerie Mecanică și Aerospațială a NTU (MAE) și Institutul de Cercetări Energetice au spus: „Metoda noastră transformă deșeurile în resurse valoroase, reducând daunele asupra mediului creând în același timp energie regenerabilă și alimente durabile. Acest lucru exemplifică economia circulară și contribuie la un viitor mai ecologic."
Profesorul cercetător co-conducere Zhou Yan de la Școala de Inginerie Civilă și de Mediu (CEE) și Institutul de Cercetare a Apelor de Mediu și Apă Nanyang (Newri) a spus: „Procesul nostru cu energie solară demonstrează modul în care putem aborda mai multe provocări simultan --, transformarea unui produs de deșeuri dificile în energie curată și proteină nutritivă. deficitul, oferind o nouă strategie durabilă în gestionarea apelor uzate. "
Procesul în trei etape al NTU
Procesul începe prin ruperea mecanică a nămolului de canalizare. Un tratament chimic separă metalele grele nocive de materialele organice, inclusiv proteine și carbohidrați.
În continuare, un proces electrochimic cu energie solară folosește electrozi specializați pentru a transforma materialele organice în produse valoroase, cum ar fi acidul acetic -- un ingredient cheie pentru industriile alimentare și farmaceutice -- și gazul de hidrogen, o sursă de energie curată.
În cele din urmă, Bacte activat de luminăriasunt introduse în fluxul lichid procesat. Aceste bacterii transformă nutrienții într-o proteină cu o singură celulă potrivită pentru hrana animalelor.
Ecologic, rentabil și scalabil
Testele de laborator au arătat că noua metodă recuperează 91,4 la sută din carbonul organic în nămolul de canalizare și transformă 63 % din carbonul organic în proteine unicelulare fără a produce produse secundare dăunătoare. În comparație, digestia anaerobă tradițională se recuperează de obicei și transformă aproximativ 50 % din materialele organice în nămolul de canalizare.
Procesul cu energie solară obține o eficiență energetică de 10 %, generând până la 13 litri de hidrogen pe oră folosind lumina soarelui, care este cu aproximativ 10 % mai eficientă din punct de vedere energetic decât metodele convenționale de generare a hidrogenului.
Procesul NTU reduce emisiile de carbon cu 99,5 la sută și consumul de energie cu 99,3 la sută în comparație cu metodele tradiționale. De asemenea, elimină metalele grele dăunătoare din nămol, care altfel ar fi eliminate fără un tratament adecvat, ceea ce face ca procesul să fie o alegere ecologică.
Primul autor, dr. Zhao Hu, coleg de cercetare la Școala de la Mae, a spus: „Sperăm că metoda propusă arată viabilitatea gestionării durabil a deșeurilor și trecerea modului în care este percepută nămolul de canalizare -- de la deșeuri la o resursă valoroasă care sprijină energia curată și producția de alimente durabile.”
Echipa de cercetare NTU a adăugat că, în timp ce procesul nou dezvoltat este promițător, sunt necesare mai multe studii pentru a determina dacă acesta poate fi extins. O provocare cheie este costul utilizării unui proces electrochimic pentru a descompune complet materialele organice și a extrage toate metalele grele din deșeuri. În plus, proiectarea unui sistem complex pentru o unitate de tratare a apelor uzate se adaugă dificultății.