Rioolwaterzuivering - een niet-glamoureuze ruggengraat van het stadsleven - zou een kosteneffectieve manier kunnen zijn om klimaatverandering tegen te gaan door broeikasgassen uit de atmosfeer te spoelen.

In een artikel waarin verschillende mogelijke technische benaderingen in het tijdschrift worden geanalyseerd Natuur Duurzaamheid op 18 december 2018, onderzoekers van Princeton University concludeerden dat rioolinstallaties die gemeenten over de hele wereld bedienen een belangrijke optie bieden voor het afvangen van kooldioxide en andere broeikasgassen. Hoewel wordt gewaarschuwd dat onderzoek en ontwikkeling nodig zijn voordat de systemen kunnen worden ingezet, het team identificeerde verschillende potentieel haalbare manieren om afvalwater als koolstofput te gebruiken, dat wil zeggen, rioolinstallaties kunnen de atmosfeer zuiveren zoals ze water zuiveren.

"De waterindustrie zou een grote rol kunnen spelen bij het aanpakken van klimaatverandering, " zei senior auteur Jason Ren, hoogleraar civiele en milieutechniek en het Andlinger Centrum voor Energie en Milieu. "Het is een heel spannend idee omdat mensen altijd denken aan energie of transport, maar water is niet beschouwd als een belangrijke factor in koolstofreductie."

Rioolinstallaties zijn enorme industriële operaties die een verscheidenheid aan technieken gebruiken om verontreinigende stoffen te verwijderen voordat afvalwater terugkeert naar het milieu. Hoewel de meeste mensen nooit aan de systemen denken, de hoeveelheid water is duizelingwekkend. New York, bijvoorbeeld, beheert 14 rioolinstallaties en verwerkt dagelijks 1,3 miljard gallons water (genoeg om ongeveer 22, 000 Olympische zwembaden.)

In de laatste paar jaren, onderzoekers hebben methoden voorgesteld om dat afvalwater te gebruiken om voldoende koolstof op te vangen om de hoeveelheid te compenseren die wordt gegenereerd om zware apparatuur aan te drijven die wordt gebruikt om rioolinstallaties te laten werken. Ze ontdekten dat sommige technieken de fabrieken niet alleen in staat zouden stellen om hun eigen emissies in evenwicht te brengen (schoonmaakwater vereist een aanzienlijk energieverbruik), ze kunnen ook extra koolstof opnemen die operators in het riool hebben gepompt terwijl het door de fabrieken bewoog.

"Als je het als een hulpbron beschouwt, je zou een deel van het afvalmateriaal inclusief de CO2 kunnen omzetten in producten, ' zei Ren. 'Je zou echt geld kunnen verdienen.'

Over het algemeen, de operators zouden leidingen gebruiken om kooldioxidegas in het rioolwater van de fabrieken te pompen. Ze zouden dan verschillende technieken gebruiken om het gas om te zetten in carbonaatmineralen, biobrandstoffen of een op slib gebaseerde meststof genaamd biochar.

De onderzoekers beoordeelden een reeks technieken, waaronder:

Microbiële elektrolytische koolstofafvanging

Deze techniek maakt gebruik van een combinatie van bacteriën en een lage elektrische lading om de alkaliteit van het water te veranderen en, met toevoeging van silicaten, kooldioxide omzetten in vast carbonaat en bicarbonaat. Naast de vaste stoffen, die door de industrie kunnen worden gebruikt, het proces creëert grote hoeveelheden waterstofgas. De onderzoekers merkten op dat deze techniek momenteel in het laboratorium wordt gebruikt en dat er extra werk nodig is om aan te tonen of het economisch en toepasbaar is op industrieel niveau.

Microbiële elektrosynthese

Microbiële elektrosynthese is vergelijkbaar met de microbiële elektrolytische techniek, behalve dat het proces afhankelijk is van bacteriën om koolstofdioxide direct op te vangen en om te zetten in andere organische verbindingen zoals ethanol of mierenzuur. De onderzoekers merkten op dat de technologie veelbelovend is, maar dat er grote doorbraken nodig zijn om het proces volledig te ontwikkelen.

Microalgenkweek

Microalgenkweek zou kunnen worden gebruikt als aanvulling op andere processen. Algen en bacteriën gebruiken de kooldioxide, stikstof en fosfor in het afvalwater om te groeien. Operators oogsten vervolgens de algen, die als diervoeder kunnen worden gebruikt, voor bodembehandeling of bij de productie van biobrandstoffen. De onderzoekers zeiden dat er gewerkt wordt aan het identificeren van de beste lokale microbiële gemeenschappen, kleine en intensieve bioreactoren, en efficiënte technieken voor het scheiden van vaste stoffen en vloeistoffen.

Biochar-productie

Deze methode zet afvalwaterslib en microalgen om in materiaal dat het vermogen van de bodem om water en voedingsstoffen vast te houden verbetert. De techniek, die ziekteverwekkers verwijdert, is meestal zelfvoorzienend in termen van energie, hoewel de meeste biochar nu wordt gemaakt van droge planten. De onderzoekers zeiden dat het gebruik van afvalwaterslib om biochar te maken mogelijk meer energie of extra stappen vereist om rekening te houden met het extra watergehalte.

Ren zei dat op veel locaties, rioolinstallaties bevinden zich al in de buurt van industriële installaties die grote hoeveelheden koolstofdioxide uitstoten, zoals elektriciteitscentrales, cementfabrieken en raffinaderijen. Hij zei dat het gebruik van de riolering om de koolstof op te vangen een economisch rendement voor deze bedrijven zou kunnen opleveren in de vorm van koolstofkredieten. Hij zei ook dat de techniek kan worden gebruikt door industrieën die al hun eigen afvalwaterbehandelingssystemen hebben, zoals olie- en gasproducenten, brouwers, en distilleerders. Bij het analyseren van de potentiële milieu- en economische voordelen van een dergelijke operatie, ze ontdekten dat miljoenen tonnen CO2 konden worden afgevangen en gebruikt, terwijl miljarden dollars aan inkomsten kunnen worden gegenereerd in zowel de VS als China, de twee grootste CO2-uitstoters ter wereld.

De onderzoekers waarschuwden dat hoewel veel technieken veelbelovend zijn, "het concept staat nog in de kinderschoenen." Ze zeiden dat het volledige gebruik van de technologie niet alleen het werk van wetenschappers vereist, maar ook regelgevers, investeerders en de industrie.

Jerald Schnoor, een technische professor aan de Universiteit van Iowa, zei dat nationale leiders afvalwaterzuivering moeten overwegen als onderdeel van de inspanningen om de CO2-voetafdruk van het land in de komende decennia te verkleinen.

"Afvalwaterzuivering is een van de grootste energieverbruikers en uitstoters van broeikasgassen van een gemeentelijk rekenblad, " zei Schnoor, die niet bij dit onderzoek betrokken was. "Technologieën bestaan ​​op proefschaal om nul koolstof- en energievoetafdrukken te bereiken, maar het is op dit moment niet bewezen dat ze schaalbaar of kosteneffectief zijn. Nu het land nu begint met 'groene infrastructuur'-initiatieven, zoals besproken door het nieuwe congres, dit zou een hoge prioriteit moeten hebben."