Олег Зимин Исследователи из Университета штата Вашингтон представили комбинированную технологию переработки осадка сточных вод, которая позволяет в три раза увеличить объем получаемого биогаза и вдвое снизить затраты на утилизацию отходов. Разработка объединяет этап предварительной физико-химической обработки и использование нового штамма бактерий для обогащения конечного топлива.
Очистные сооружения в США потребляют до четырех процентов всей производимой в стране электроэнергии, а традиционные методы переработки ежегодно генерируют около 21 миллиона тонн парниковых выбросов. Примерно половина из 15 тысяч американских станций очистки использует анаэробное сбраживание – процесс бескислородного разложения органики микроорганизмами. Этот метод считается недостаточно эффективным, так как в полезный газ конвертируется менее 40 процентов углерода. Оставшаяся масса утилизируется на полигонах, что ведет к дополнительным выбросам, а получаемый биогаз содержит до 40 процентов углекислого газа. Такое топливо требует сложной и дорогой очистки перед подачей в газотранспортную сеть.
Для решения проблемы инженеры предложили двухступенчатую систему. Отходы, остающиеся после первичного анаэробного сбраживания, не отправляются на свалку, а подвергаются жидкофазному окислению и паровому взрыву. Осадок обрабатывается при высоких температурах и давлении с дозированной подачей кислорода. Этот этап разрушает стойкие органические соединения, которые не поддаются традиционному расщеплению. После этого подготовленная масса направляется на вторичное сбраживание, где микробы извлекают дополнительный объем газа из ранее недоступного сырья.
На следующем этапе полученный биогаз проходит биологическую очистку в биореакторе с использованием запатентованного штамма метанобразующих бактерий Methanothermobacter wolfeii BSEL. При добавлении водорода эти микроорганизмы перерабатывают углекислый газ в дополнительный метан, повышая качество итогового топлива до стандартов возобновляемого природного газа. Разработчики отмечают, что данный штамм отличается высокой жизнеспособностью и не требует сложных питательных добавок для поддержания активности.
Комплексный подход увеличил выход возобновляемого газа на 200 процентов по сравнению со стандартными технологиями очистки. Общая эффективность конверсии углерода достигла 83 процентов – это означает превращение подавляющей части отходов в полезное топливо. Сокращение объемов осадка привело к снижению расчетной стоимости его утилизации с 494 до 253 долларов за сухую тонну.
Проект получил финансирование от Министерства энергетики США, и в настоящий момент авторы разработки ищут индустриального партнера для создания полномасштабной промышленной установки. Экономическое моделирование показывает, что внедрение технологии на национальном уровне может принести коммунальному сектору миллиарды долларов ежегодной экономии, одновременно решая проблему энергетической эффективности и экологической безопасности очистных сооружений.
