Μια νέα τεχνολογία που χρησιμοποιεί ηλιακή ενέργεια για τη μετατροπή της λάσπης λυμάτων σε πράσινο υδρογόνο και ζωοτροφές έχει αποδειχθεί από επιστήμονες στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang στη Σιγκαπούρη (NTU Singapore).
Η ανάγκη για μετατροπή της λάσπης
Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η έρευνα αποτελεί μια προσπάθεια να ξεπεραστούν ορισμένα ζητήματα που σχετίζονται με την επεξεργασία λυμάτων. Πρώτον, η ποσότητα της ιλύος που παράγεται αυξάνεται συνεχώς καθώς αυξάνονται οι πληθυσμοί και επιταχύνεται η αστικοποίηση. Δεύτερον, η ίδια η φύση της λάσπης λυμάτων - η «σύνθετη και ανθεκτική» δομή της - καθιστά οποιαδήποτε επεξεργασία και προσπάθειες ανάκτησης ή ανάκτησης χρήσιμων υποπροϊόντων δαπανηρή, ενεργοβόρα και περιβαλλοντικά δύσκολη. Τρίτον, υπάρχει το συνεχιζόμενο ερώτημα για το τι μπορεί να ανακτηθεί και να επαναχρησιμοποιηθεί από τη λάσπη λυμάτων και αν αυτά τα πράγματα μπορούν να γίνουν με οικονομικά αποδοτικούς και αποτελεσματικούς τρόπους.
Η διαδικασία μετατροπής σε πράσινο υδρογόνο και ζωοτροφές.
Ο επικεφαλής ερευνητής, αναπληρωτής καθηγητής Li Hong από τη Σχολή Μηχανολόγων και Αεροδιαστημικών Μηχανικών (MAE) του NTU και το Ινστιτούτο Ενεργειακής Έρευνας @ NTU δήλωσε στα μέσα ενημέρωσης: «Η μέθοδός μας μετατρέπει τα απόβλητα σε πολύτιμους πόρους, μειώνοντας την περιβαλλοντική ζημία, δημιουργώντας παράλληλα ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και βιώσιμα τρόφιμα. Αυτό αποτελεί παράδειγμα της κυκλικής οικονομίας και συμβάλλει σε ένα πιο πράσινο μέλλον».
Η έρευνα, η οποία ευθυγραμμίζεται με την αποστολή του πανεπιστημίου να αντιμετωπίσει τις μεγαλύτερες προκλήσεις της ανθρωπότητας, όπως η κλιματική αλλαγή, δημοσιεύεται στο Nature Water.
Σύμφωνα με το UN-Habitat, περισσότεροι από 100 εκατομμύρια τόνοι ιλύος λυμάτων παράγονται παγκοσμίως κάθε χρόνο, με την ποσότητα να αυξάνεται ετησίως. Για να αντιμετωπίσει το πρόβλημα της ανεπιθύμητης και δύσκολης επεξεργασίας ιλύος λυμάτων, η ερευνητική ομάδα στο NTU δημιούργησε μια τριβάθμια ηλιακή διαδικασία που ενσωματώνει μηχανικές, χημικές και βιολογικές τεχνικές.
Μια διαδικασία τριών βημάτων
Πρώτον, ξεκινά με τη μηχανική διάσπαση της ιλύος λυμάτων εφαρμόζοντας μια χημική επεξεργασία που βοηθά στον διαχωρισμό των επιβλαβών βαρέων μετάλλων από τα οργανικά υλικά, συμπεριλαμβανομένων των πρωτεϊνών και των υδατανθράκων.
Δεύτερον, μια ηλεκτροχημική διαδικασία με ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιεί εξειδικευμένα ηλεκτρόδια για να μετατρέψει τα οργανικά υλικά σε πολύτιμα προϊόντα, όπως το οξικό οξύ - το οποίο είναι βασικό συστατικό για τις βιομηχανίες τροφίμων και φαρμάκων - και το αέριο υδρογόνο, μια καθαρή πηγή ενέργειας.
Το τρίτο και τελευταίο βήμα περιλαμβάνει την εισαγωγή βακτηρίων που ενεργοποιούνται από το φως στο επεξεργασμένο υγρό ρεύμα. Αυτά τα βακτήρια μετατρέπουν τα θρεπτικά συστατικά σε μονοκύτταρες πρωτεΐνες κατάλληλες για ζωοτροφές.
Η διαδικασία ανακτά σημαντικά περισσότερους πόρους, απομακρύνει πλήρως τους ρύπους από βαρέα μέταλλα, έχει μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα και προσφέρει καλύτερη οικονομική σκοπιμότητα.
Πόσο αποτελεσματική είναι η διαδικασία;
Οι ερευνητές ισχυρίζονται ότι η μέθοδός τους επιτυγχάνει «σχεδόν πλήρη ανάκτηση οργανικών ουσιών», που αντιστοιχεί σε περίπου 91,4% του συνολικού οργανικού άνθρακα (TOC), σε σύγκριση με περίπου 50% που ανακτάται από τεχνικές αναερόβιας χώνευσης. Το εξήντα τρία τοις εκατό αυτών των οργανικών ουσιών μετατρέπονται στη συνέχεια σε μονοκύτταρες πρωτεΐνες σε μια διαδικασία tandem για χρήση ως ζωοτροφή.
Ταυτόχρονα, τα βαρέα μέταλλα στη λάσπη συμπυκνώνονται και σταθεροποιούνται, παράγοντας πράσινο υδρογόνο με ποσοστό απόδοσης περίπου 10 τοις εκατό ηλιακής ενέργειας σε υδρογόνο (λίγο κάτω από 13 λίτρα ανά ώρα). Ο χρόνος της έρευνας ισχυρίζεται ότι η διαδικασία είναι περίπου 10 τοις εκατό πιο ενεργειακά αποδοτική από τις συμβατικές μεθόδους παραγωγής υδρογόνου.
Η ανάλυση της διαδικασίας υποδηλώνει μείωση κατά 99,5% στις εκπομπές άνθρακα και μείωση κατά 99,3% στην εξάντληση ενέργειας σε σύγκριση με τη συμβατική αναερόβια χώνευση.
Προκλήσεις για εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο
Ο Δρ. Zhao Hu, ερευνητής στο NTU και επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας, δήλωσε στα μέσα ενημέρωσης: «Ελπίζουμε ότι η προτεινόμενη μέθοδος μας θα δείξει τη βιωσιμότητα της βιώσιμης διαχείρισης των αποβλήτων και θα αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο γίνεται αντιληπτή η ιλύς λυμάτων - από απόβλητα σε έναν πολύτιμο πόρο που υποστηρίζει την καθαρή ενέργεια και τη βιώσιμη παραγωγή τροφίμων».
Δεν είναι ακόμη γνωστό πόσο κλιμακώσιμη είναι η τεχνολογία και η διαδικασία, με περισσότερες μελέτες να απαιτούνται για την τεκμηρίωση είναι πιθανό να μην είναι εφικτό. Μία από τις κύριες προκλήσεις είναι το κόστος χρήσης ηλεκτροχημικών διεργασιών σε μεγάλες μονάδες επεξεργασίας λυμάτων.
Ωστόσο, όπως σημειώνει η ομάδα, «αυτή η μηχανοηλεκτροβιοδιεργασία προσφέρει μια πολλά υποσχόμενη πορεία προς τη βιώσιμη ανάπτυξη» της ανάκτησης πόρων από την ιλύ λυμάτων με ηλιακή ενέργεια.
www.worldenergynews.gr
