Пулман, штат Вашингтон — Команда Университета штата Вашингтон сообщила, что разработала эффективный и экономичный метод преобразования сточных отходов в природный газ высокого качества, пригодный для использования в трубопроводах. Это открывает возможность для городов управлять отходами, одновременно производя энергию. В рамках пилотного исследования в городе Ричленд ученые протестировали новый метод обработки сточных отходов на ближайшей станции очистки сточных вод. Работа, опубликованная в журнале Chemical Engineering Journal, показала, что предварительная обработка перед анаэробным брожением увеличивает производство возобновляемого природного газа на 2,00% по сравнению с современными методами и снижает затраты на утилизацию почти на 50%.
‘Эта технология позволяет преобразовать до 80% сточных отходов в что-то ценное’, — сказала Биргитте Ахринг, соавтор статьи и профессор в лаборатории биопродуктов, науки и инженерии Университета штата Вашингтон, а также в школе химического инженерного и биоинженерного дела имени Джена и Линды Войланда. ‘Если мы сможем применить этот метод к другим органическим материалам, у нас будет технология очистки отходов мирового уровня по эффективности’.
Стоит отметить, что станции очистки сточных вод потребляют огромное количество электроэнергии для очистки городских сточных вод, что составляет от 3% до 4% общей потребности в электроэнергии в США, по данным исследователей. Часто такие станции являются крупнейшими потребителями электроэнергии в малых городах, и их процессы очистки способствуют глобальному потеплению, добавляя около 21 миллиона тонн парниковых газов в атмосферу ежегодно.
Около половины из примерно 15 000 станций очистки сточных вод в стране используют анаэробное брожение для сокращения отходов и производства биогаза, но этот процесс неэффективен и испытывает трудности с разложением сложных молекул в илах. Полученный биогаз, состоящий из углекислого газа и метана, имеет ограниченное применение, а остаток ила — биосолиды — чаще всего отправляется на свалки.
В исследовании, возглавляемом Университетом штата Вашингтон, команда добавила этап предварительной обработки, в ходе которой ила обрабатывали при высокой температуре и давлении с добавлением кислорода перед анаэробным брожением. Ученые отметили, что небольшое количество кислорода в условиях высокого давления действует как катализатор для разложения длинных полимерных цепей в материале. Они сообщили, что предварительная обработка снизила стоимость обработки сточных вод с $494 до $253 за тонну сухих твердых веществ.
Затем команда использовала бактериальный штамм, который она открыла и выделила, чтобы улучшить биогаз, преобразуя углекислый газ с водородом в метан, получая возобновляемый природный газ. Ученые проанализировали и подтвердили газ, сообщив, что он составляет 99% чистого метана.
‘Этот бактериальный штамм не требует ничего — он настоящий трудяга’, — сказала Ахринг. ‘Он не нуждается в органических добавках или много внимания. Он хорошо работает с водой и витаминной таблеткой’.
Ахринг отметила, что метод сочетает предварительную обработку и биологическое улучшение, чтобы преодолеть ключевые ограничения существующих систем переработки ила в энергию.
‘Этот подход не только повышает эффективность преобразования углерода и выход метана, но и позволяет непосредственно производить природный газ высокого качества для трубопроводов с минимальным содержанием CO2 — решая две основные проблемы существующих систем переработки ила в энергию в рамках одной масштабируемой методики’, — сказала Ахринг. ‘Успешное объединение продвинутой предварительной обработки с биологическим улучшением биогаза позволяет предложить новую, интегрированную парадигму устойчивой переработки ила, максимизируя восстановление энергии и внося вклад в циркулярную биоэкономику’. Исследователи сообщили, что сотрудничают с офисом инноваций и предпринимательства Университета штата Вашингтон и получили патент на бактериальный штамм. Они также сотрудничают с промышленным партнером для разработки более масштабного проекта.
поделиться в твиттере: Университет штата Вашингтон превращает отходы в газ
