Айнур Бекенова Исследователи из Университета штата Вашингтон разработали новый метод очистки сточных вод, который позволяет втрое увеличить выработку возобновляемого природного газа и вдвое снизить затраты на утилизацию отходов. Пилотный проект, результаты которого опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal, предлагает модернизацию традиционного анаэробного сбраживания – процесса разложения органики микроорганизмами для получения биогаза.
Действующие системы очистки регулярно сталкиваются с проблемой переработки сложных полимеров в канализационном иле. Из-за этого образуются значительные объемы неиспользуемых твердых отходов, а получаемый биогаз содержит высокую долю углекислого газа. Очистные сооружения остаются энергоемкими предприятиями, потребляющими от 3 до 4 процентов всей электроэнергии в США и генерирующими порядка 21 миллиона тонн парниковых выбросов ежегодно. Около половины из 15 тысяч американских станций используют анаэробное сбраживание, однако из-за ограничений этой технологии остаточный биосолид обычно отправляется на свалки.
Команда под руководством Биргитте Аринг интегрировала в процесс стадию предварительной обработки. Ил подвергается воздействию высокой температуры и давления при контролируемом объеме кислорода. В таких условиях кислород выступает катализатором и расщепляет длинные молекулярные цепи на простые соединения. На втором этапе применяется недавно выделенный штамм бактерий, способный напрямую преобразовывать углекислый газ и водород в метан. По словам разработчиков, микроорганизм требует минимального вмешательства, нуждаясь лишь в воде и базовых питательных веществах.
Пилотные испытания показали конверсию ила на уровне 80 процентов и получение биогаза с долей метана 99 процентов. Затраты на утилизацию сухих остатков снизились с 494 до 253 долларов за тонну. Объединение химической и биологической стадий в единый рабочий процесс снижает потребность во внешней очистке сырья и повышает общую эффективность углеродного преобразования. Увеличение извлечения метана при одновременном сокращении объема отходов решает сразу две ключевые проблемы отрасли, позволяя предприятиям компенсировать энергопотребление самих станций и расходы на вывоз мусора.
В настоящее время исследовательская группа сотрудничает с промышленными партнерами для масштабирования технологии за пределы лабораторных условий. Бактериальный штамм уже запатентован, что открывает путь к его коммерческому внедрению. Интеграция подобных решений соответствует климатическим стратегиям США и Европы на конец десятилетия, которые направлены на декарбонизацию инфраструктуры. В случае успешной адаптации к меняющемуся составу муниципальных стоков очистные сооружения смогут перейти из категории потребителей энергии в статус локальных производителей возобновляемого топлива.
