Группа исследователей под руководством Университета штата Вашингтон сообщила о прорыве в сфере переработки коммунальных отходов: учёные нашли способ превращать осадок сточных вод в возобновляемый природный газ быстрее, эффективнее и дешевле, чем это удавалось ранее.

Пилотное исследование было проведено в городе Ричленд. Учёные испытали новую схему обработки осадка, поступающего с расположенной поблизости станции очистки сточных вод. Результаты, опубликованные в Chemical Engineering Journal, показали: дополнительный этап предварительной подготовки перед анаэробным сбраживанием позволил получить на 200% больше возобновляемого природного газа по сравнению с действующими методами, а конечные расходы на утилизацию снизились почти на 50%.

По словам Биргитте Аринг — профессора лаборатории биопродуктов, наук и инженерии WSU, а также школы химической инженерии и биоинженерии имени Джина и Линды Войланд, новая технология позволяет превратить до 80% осадка сточных вод в полезный продукт. Она подчеркнула, что в случае успешного тиражирования метода на другие органические отходы можно будет говорить о технологии мирового уровня по эффективности переработки.

Проблема утилизации сточных вод остаётся крайне актуальной. Очистные сооружения потребляют огромные объёмы электроэнергии и, по оценке исследователей, обеспечивают от 3% до 4% общего спроса на электричество в США. Для небольших населённых пунктов такие объекты нередко становятся крупнейшими потребителями энергии. Кроме того, процессы очистки ежегодно приводят к выбросу около 21 миллиона метрических тонн парниковых газов.

Сегодня примерно половина из 15 тысяч очистных сооружений в США использует анаэробное сбраживание для сокращения объёмов отходов и получения биогаза. Однако этот процесс считается малоэффективным, поскольку плохо справляется с расщеплением сложных молекул в осадке. В результате образуется биогаз, состоящий из углекислого газа и метана, который имеет ограниченные возможности применения, а оставшийся осадок — так называемые биосолиды — чаще всего отправляется на полигоны.

В рамках нового исследования учёные добавили перед этапом анаэробного сбраживания предварительную обработку при высокой температуре и повышенном давлении с добавлением кислорода. Как поясняют авторы работы, небольшое количество кислорода в условиях высокого давления действует как катализатор и помогает разрушать длинные полимерные цепочки в осадке. Благодаря этому стоимость переработки снизилась с 494 до 253 долларов за тонну сухого вещества.

Следующим этапом исследовательская группа применила обнаруженный и выделенный ею бактериальный штамм, который позволил улучшить состав биогаза. Бактерии преобразовывали углекислый газ с помощью водорода в метан, в результате чего удавалось получить возобновляемый природный газ. Проведённый анализ показал, что содержание метана в конечном продукте достигло 99%.

Биргитте Аринг особо отметила неприхотливость этого бактериального штамма. По её словам, микроорганизм не требует сложного ухода, органических добавок или специальных условий: ему достаточно воды и минимального набора питательных веществ.

Исследователи подчеркивают, что сочетание предварительной обработки и биологического улучшения биогаза позволяет устранить сразу несколько ключевых недостатков существующих технологий переработки осадка. Новый подход, по их словам, повышает эффективность преобразования углерода, увеличивает выход метана и позволяет напрямую получать возобновляемый газ трубопроводного качества с минимальным содержанием углекислого газа.

Авторы работы считают, что такая система может стать новой интегрированной моделью устойчивой переработки отходов, позволяя максимально извлекать энергию и одновременно способствуя развитию циркулярной биоэкономики.

Сейчас исследователи сотрудничают с офисом инноваций и предпринимательства WSU. Бактериальный штамм уже запатентован, а сама команда вместе с промышленным партнёром готовит проект по масштабированию технологии.

Источник:KOMO NEWS