Naukowcy z Nanyang Technological University, Singapur (NTU Singapur), opracowali innowacyjną metodę zasilaną energią słoneczną do przekształcania szlamu ściekowego -- produkt uboczny oczyszczania ścieków -- na zielony wodór dla czystej energii i białka pojedynczej komórek dla paszu zwierząt.
Opublikowane wWoda natury, Metoda szlamu do żywności i paliwa rozwiązuje dwa palące globalne wyzwania: zarządzanie odpadami i generowanie zrównoważonych zasobów. Jest to zgodne z celem NTU polegającego na zajęciu największych wyzwań, takich jak zmiany klimatu i zrównoważony rozwój.
Organizacja Narodów Zjednoczonych szacuje, że około 2,5 miliarda osób będzie żyć w miastach do 2050 r. Wraz ze wzrostem miast i branż przychodzi wzrost szlamu ścieków, co jest niezwykle trudne do przetworzenia i usunięcia ze względu na jego złożoną strukturę, skład i zanieczyszczenia, takie jak metale ciężkie i patogeny.
Według UN-Habitat ponad 100 milionów ton osadów ściekowych jest generowanych na całym świecie każdego roku, co rośnie rocznie. Jednak powszechne metody usuwania --, takie jak spalanie lub składowanie składowiska --, są czasochłonne, wynikające z energii i przyczyniają się do zanieczyszczenia środowiska.
Aby rozwiązać problem niepożądanego i trudnego do obróbki szlamu ścieków, badacze NTU stworzyli trzyetapowy proces zasilany energią słoneczną, który integruje techniki mechaniczne, chemiczne i biologiczne.
Testy dowodowe koncepcji wykazały, że proces zespołu NTU jest bardziej wydajny niż konwencjonalne techniki, takie jak trawienie beztlenowe --, przez które bakterie rozkładają odpady organiczne w celu wytwarzania biogazu i pozostałości bogatych w składniki odżywcze. Odzyskuje znacznie więcej zasobów, całkowicie usuwa zanieczyszczenia metali ciężkich, ma mniejszy ślad środowiskowy i oferuje lepszą wykonalność ekonomiczną.
Główny badacz profesor profesor Li Hong z NTU School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) oraz Instytut Badań Energetycznych powiedział: „Nasza metoda przekształca marnotrawstwo w cenne zasoby, zmniejszając szkody środowiskowe, jednocześnie tworząc energię odnawialną i zrównoważoną żywność. To przykłady gospodarki zakłóceniu i przyczynia się do bardziej zielonej przyszłości”.
Współprzewodniczący badacz profesor Zhou Yan z NTU's School of Civil and Environmental Engineering (CEE) oraz Nanyang Environment and Water Research Institute (NewRI) powiedział: „Nasz proces zasilany energią słoneczną pokazuje, w jaki sposób możemy rozwiązywać wiele wyzwań jednocześnie -- przekształcając trudny produkt odpadowy w czysty energetykę i odwagę białka i odwagę białko i odwagę od samego odżywczy Niedobór, oferowanie nowej zrównoważonej strategii zarządzania ściekami ”.
Trzy etapowy proces NTU
Proces rozpoczyna się od mechanicznego rozbicia szlamu ścieków. Leczenie chemiczne oddziela szkodliwe metale ciężkie od materiałów organicznych, w tym białka i węglowodanów.
Następnie proces elektrochemiczny zasilany energią słoneczną wykorzystuje wyspecjalizowane elektrody do przekształcania materiałów organicznych w cenne produkty, takie jak kwas octowy -- kluczowy składnik przemysłu żywności i farmaceutycznej -- i gazu wodorowego, źródło czystej energii.
Wreszcie bacte aktywowane światłemRiasą wprowadzane do przetworzonego strumienia cieczy. Bakterie te przekształcają składniki odżywcze w białko jednokomórkowe odpowiednie do paszania zwierząt.
Ekologiczne, opłacalne i skalowalne
Testy laboratoryjne wykazały, że nowa metoda odzyskuje 91,4 % węgla organicznego w osadach ściekowych i przekształca 63 procent węgla organicznego w białko jednokomórkowe bez wytwarzania szkodliwych produktów ubocznych. Dla porównania tradycyjne trawienie beztlenowe zwykle odzyskuje i przekształca około 50 procent materiałów organicznych w szlamie ścieków.
Proces zasilany energią słoneczną osiąga wydajność energetyczną wynoszącą 10 procent, generując do 13 litrów wodoru na godzinę za pomocą światła słonecznego, co jest około 10 procent bardziej energooszczędne niż konwencjonalne metody wytwarzania wodoru.
Proces NTU zmniejsza emisję dwutlenku węgla o 99,5 procent i zużycie energii o 99,3 procent w porównaniu z tradycyjnymi metodami. Eliminuje również szkodliwe metale ciężkie z szlamu, które w innym przypadku byłyby usunięte bez odpowiedniego leczenia, co czyni proces przyjaznym dla środowiska.
Pierwszy autor, dr Zhao Hu, pracownik naukowy w School of Mae, powiedział: „Mamy nadzieję, że nasza proponowana metoda pokazuje opłacalność zarządzania odpadami zrównoważonym i przesuwa sposób postrzegania szlamu ścieków -- z marnotrawstwa do cennego zasobu, który wspiera czystą energię i zrównoważoną produkcję żywności”.
Zespół badawczy NTU dodał, że chociaż nowo opracowany proces jest obiecujący, potrzebne są dalsze badania w celu ustalenia, czy można go zwiększyć. Kluczowym wyzwaniem jest koszt zastosowania procesu elektrochemicznego w celu całkowitego rozbicia materiałów organicznych i wydobywania wszystkich metali ciężkich z odpadów. Ponadto zaprojektowanie złożonego systemu do oczyszczania ścieków zwiększa trudność.