Forskere ved Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore), har utviklet en innovativ solcelledrevet metode for å transformere kloakkslam -- et biprodukt av avløpsvannbehandling -- til grønn hydrogen for ren energi og encelleprotein for dyr.
Publisert iNaturvann, Slam-til-mat-og-drivstoffmetoden takler to presserende globale utfordringer: å håndtere avfall og generere bærekraftige ressurser. Dette stemmer overens med NTUs mål om å adresserehumanitetens største utfordringer, for eksempel klimaendringer og bærekraft.
FN anslår at rundt 2,5 milliarder flere mennesker vil bo i byer innen 2050. Sammen med veksten av byer og næringer kommer en økning i kloakkslam, noe som er notorisk vanskelig å behandle og avhende på grunn av dens komplekse struktur, sammensetning og forurensninger som tunge metaller og patogener.
I følge Un-Habitat genereres mer enn 100 millioner tonn avløpsslam globalt hvert år, et beløp som øker årlig. Imidlertid er vanlige avhendingsmetoder -- for eksempel forbrenning eller deponi -- tidkrevende, energi-effisient og bidra til miljøforurensning.
For å takle problemet med uønsket og vanskelig å behandle kloakkslam, opprettet NTU-forskere en tretrinns solcelledrevet prosess som integrerer mekaniske, kjemiske og biologiske teknikker.
Proof-of-Concept-tester avslørte at NTU-teamets prosess er mer effektiv enn konvensjonelle teknikker som anaerob fordøyelse -- som bakterier bryter ned organisk avfall for å produsere biogass og næringsrik rest. Den gjenoppretter betydelig mer ressurser, fjerner tungmetallforurensninger fullstendig, har et mindre miljøavtrykk og gir bedre økonomisk gjennomførbarhet.
Lederforsker førsteamanuensis Li Hong fra NTUs School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) og Energy Research Institute sa: "Metoden vår forvandler avfall til verdifulle ressurser, reduserer miljøskader mens du skaper fornybar energi og bærekraftig mat. Dette eksemplifiserer den sirkulære økonomien og bidrar til en grønnere fremtid."
Medlederforsker Professor Zhou Yan fra NTUs School of Civil and Environmental Engineering (CEE) og Nanyang Environment and Water Research Institute (Newri) sa: "Vår solcelledrevne prosess demonstrerer hvordan vi kan takle flere utfordringer med en gang {2}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}. knapphet, og tilbyr en ny bærekraftig strategi innen avløpsvann. "
NTUs tretrinnsprosess
Prosessen begynner med å bryte ned kloakkslammet mekanisk. En kjemisk behandling skiller skadelige tungmetaller fra organiske materialer, inkludert proteiner og karbohydrater.
Deretter bruker en solcelledrevet elektrokjemisk prosess spesialiserte elektroder for å transformere de organiske materialene til verdifulle produkter, for eksempel eddiksyre -- en nøkkelingrediens for mat- og farmasøytiske industrier -- og hydrogengass, en ren energikilde.
Til slutt, lysaktivert Bacteriablir introdusert for den bearbeidede flytende strømmen. Disse bakteriene omdanner næringsstoffer til enkeltcelleprotein som er egnet for dyrefôr.
Miljøvennlig, kostnadseffektiv og skalerbar
Lab-tester viste at den nye metoden gjenoppretter 91,4 prosent av det organiske karbonet i avløpsslam og konverterer 63 prosent av det organiske karbonet til encelleprotein uten å produsere skadelige biprodukter. Til sammenligning gjenoppretter og konverterer tradisjonell anaerob fordøyelse typisk rundt 50 prosent av organiske materialer i kloakkslam.
Den solcelledrevne prosessen oppnår en energieffektivitet på 10 prosent, og genererer opptil 13 liter hydrogen i timen ved bruk av sollys, som er rundt 10 prosent mer energieffektiv enn de konvensjonelle hydrogengenereringsmetodene.
NTU -prosessen reduserer karbonutslipp med 99,5 prosent og energibruk med 99,3 prosent sammenlignet med tradisjonelle metoder. Det eliminerer også skadelige tungmetaller fra slammet, som ellers ville blitt disponert uten riktig behandling, noe som gjør prosessen til et miljøvennlig valg.
Første forfatter, Dr. Zhao Hu, stipendiat ved School of Mae, sa: "Vi håper at vår foreslåtte metode viser levedyktigheten til å håndtere avfall bærekraftig og skifte hvordan kloakkslam oppfattes -- fra avfall til en verdifull ressurs som støtter ren energi og bærekraftig matproduksjon."
NTU -forskerteamet la til at selv om den nyutviklede prosessen er lovende, er det behov for flere studier for å avgjøre om den kan skaleres opp. En viktig utfordring er kostnadene ved å bruke en elektrokjemisk prosess for å fullstendig bryte ned organiske materialer og trekke ut alle tungmetaller fra avfall. I tillegg gir design av et komplekst system for et renseanlegg for vanskeligheten.