Gemeentelijke afvalwaterzuivering in Europa verbruikt het energie-equivalent van ongeveer twee elektriciteitscentrales per jaar, maar zou in feite de energie van 12 kunnen opwekken. Het door de EU gefinancierde POWERSTEP-project laat zien hoe dit meer dan een luchtkasteel kan worden.

Terwijl een groot deel van de Europese afvalwaterzuiveringsindustrie, met toenemende energie-efficiëntie, streeft naar energieneutraliteit – waarbij zuivering evenveel energie opwekt als verbruikt – onderzoek wijst uit dat het ambitieniveau veel hoger zou kunnen liggen.

Studies wijzen uit dat de verwerking van afvalwater in zuiveringsinstallaties al een nieuwe bron van hernieuwbare energie zou kunnen zijn, zonder afbreuk te doen aan de prestaties. In feite, er is berekend dat de potentiële chemische energie in Europees gemeentelijk afvalwater ongeveer 87 500 GWh per jaar is.

Het door de EU gefinancierde POWERSTEP-project (Volledige demonstratie van energiepositieve rioolwaterzuiveringsinstallatieconcepten naar marktpenetratie) was bedoeld om te laten zien hoe het mogelijk is om energiepositieve afvalwaterzuiveringsinstallaties te realiseren zonder andere externe hernieuwbare energiebronnen, door alleen de kracht van slib te gebruiken.

Het algemene POWERSTEP-concept kon worden bereikt, puttend uit lessen uit zes volledige casestudies, verspreid over vier landen, van elke essentiële processtap. Profiteren van de betrokkenheid van industriële partners, het project kon overgaan op grootschalige demonstraties, de weg vrijmaken voor een snelle marktuitrol en ondersteuning van de bedrijfsplannen van deelnemende technologieleveranciers.

Integratie van technologieën

POWERSTEP is opgezet om de verschillende individuele technologische beoordelingen te integreren die zijn ontwikkeld in de casestudy's die dateren van vóór het project. Dit stelde de onderzoekers in staat om hele processen te stroomlijnen, zoals het modelleren en ontwerpen van behandelschema's, wereldwijd energie- en warmtebeheer, koolstofvoetafdruk en geïntegreerde ontwerpopties.

De belangrijkste eerste fase van het POWERSTEP-waterzuiveringsinstallatieconcept om energieneutraliteit mogelijk te maken, of zelfs energie-positiviteit, is koolstofextractie. De extractie van koolstofrijk slib (met een extractiepercentage van 80 procent mogelijk met behulp van POWERSTEP-technologie) zorgt voor een sterke toename van de biogasproductie.

In termen van verbeterde behandelmethoden hiervoor, het team onderzocht verbeterde koolstofextractie (voorfiltratie), innovatieve stikstofverwijderingsprocessen (zoals geavanceerde controle, mainstream deammonificatie, eendenkroosreactor), power-to-gas (biogas-upgrades) met een smart grid-benadering, warmte-kracht-concepten (thermo-elektrische terugwinning in warmtekrachtkoppelingen, stoom rankine cyclus, warmteopslagconcepten) en innovatieve proceswaterbehandeling (nitritatie, membraan ammoniak strippen).

Zoals Dr. Christian Loderer uitlegt, "In de hele EU, De zelfvoorziening van afvalwaterenergie – dat wil zeggen de productie van biogas voor elektriciteitsproductie – bevindt zich op heel verschillende niveaus. In sommige landen, zoals Nederland en Duitsland, de zelfvoorziening is hoog maar haalt de energieneutraliteit van 100 procent niet (behalve in zeer weinig gevallen). Andere landen, vooral in Oost-Europa, een zeer lage zelfvoorziening hebben, 50-80 procent van het energiepotentieel van hun afvalwater missen."

Dit benadrukt het feit dat er een aantal barrières zijn die overwonnen moeten worden. Een daarvan is dat biogas uit waterzuivering momenteel nog niet wordt geaccepteerd als hoogwaardige hernieuwbare energie, in vergelijking met biogas uit energiegewassen. Dit ondanks de negatieve neveneffecten van biogas uit gewassen zoals het creëren van monoculturen van maïs, overmatige bemesting en afgifte van voedingsstoffen in het aquatisch milieu. Omgekeerd, biogas uit zuiveringsslib heeft deze negatieve bijwerkingen niet.

Bijdragen aan de circulaire economie

POWERSTEP, met zijn praktische voorbeelden van hoe hernieuwbare energie het beste uit afvalwater kan worden geproduceerd, draagt ​​aanzienlijk bij aan de inspanningen van de EU voor de overgang naar de circulaire economie, geleid door ambities voor duurzaamheid in de hele samenleving, de economie en het milieu. Dit feit werd onlangs onderstreept door de directeur-generaal van het DG Energie van de Europese Commissie, Dominique Ristori, die POWERSTEP omschreef als, "uiterst goed geplaatst als het gaat om de prioriteiten van de energie-unie."

Verder, waarbij de elektriciteit voor het runnen van zuiveringsinstallaties ongeveer 2 miljard euro per jaar kost, de besparingen zouden kunnen worden uitgesproken. Dr. Loderer stelt dat als gemeenten de POWERSTEP-aanpak zouden volgen, EU-burgers zouden ook direct profiteren van een lagere energierekening.

"Energieneutrale afvalwaterzuivering is niet langer illusoir, we hebben aangetoond dat het nu absoluut mogelijk is met commercieel beschikbare state-of-the-art technologieën, " zoals Dr. Loderer zegt. En met de afvalwaterzuiveringsinstallatie van Altenrhein in Zwitserland nu uitgerust met een volledige stikstofrecuperatie-eenheid, die in detail was bestudeerd door de POWERSTEP-partner EAWAG, momentum bouwt zich letterlijk op.

Kijkend naar de toekomst voegt Dr. Loderer eraan toe:"Energie-positieve behandeling, tot 140-170 procent, is ook mogelijk, maar vereist nog meer werk aan de betrouwbaarheid van de technologie en de economische levensvatbaarheid, om volledige systemen uit te rollen."

Op korte termijn, als een proof of concept waaruit blijkt dat de technologie werkt voor zowel de kleine als de grote schaal, het team is in gesprek met belangrijke industriële partners van het project over hoe een netwerk van kleine afvalwaterzuiveringsinstallaties kan worden opgezet die POWERSTEP-benaderingen gedeeltelijk zullen implementeren.