Kommunal rening av avloppsvatten i Europa förbrukar energiekvivalenten med cirka två kraftverk per år – men kan faktiskt generera energin på 12. Det EU-finansierade POWERSTEP-projektet visar hur man gör detta till mer än en dröm.

Medan en stor del av den europeiska avloppsreningsindustrin, med inkrementell energieffektivitet, strävar efter att uppnå energineutralitet – där behandlingen genererar samma mängd energi som den förbrukar – pekar forskning på att ambitionsnivån kan vara mycket högre.

Studier pekar på det faktum att behandling av avloppsvatten vid reningsverk redan kan erbjuda en ny källa till förnybar energi, utan att kompromissa med prestanda. Faktiskt, det har beräknats att den potentiella kemiska energin som finns i europeiskt kommunalt avloppsvatten är cirka 87 500 GWh per år.

Det EU-finansierade POWERSTEP-projektet (fullskalig demonstration av energipositiva reningsverkskoncept mot marknadspenetration) syftar till att visa hur det är möjligt att uppnå energipositiva reningsverk för avloppsvatten utan några andra externa förnybara energikällor, genom att endast använda slammets kraft.

Det övergripande POWERSTEP-konceptet skulle kunna uppnås, med lärdomar från sex fallstudier i full skala, spridda över fyra länder, för varje väsentligt processsteg. Dra nytta av medverkan från industripartner, projektet kunde gå till storskaliga demonstrationer, banar väg för snabb marknadsutrullning och stödjer affärsplanerna för deltagande teknikleverantörer.

Integrering av teknologier

POWERSTEP skapades för att integrera de olika individuella teknikbedömningarna som utvecklats i fallstudierna före projektet. Detta gjorde det möjligt för forskarna att effektivisera hela processer som modellering och design av behandlingsscheman, global energi- och värmehantering, kolfotstryck och integrerade designalternativ.

Det viktigaste första steget i POWERSTEP-konceptet för avloppsvattenreningsverk för att möjliggöra energineutralitet, eller till och med energipositivitet, är kolutvinning. Utvinningen av kolrikt slam (med en utvinningsgrad på 80 procent möjlig med hjälp av POWERSTEP-teknik) möjliggör en kraftig ökning av biogasproduktionen.

När det gäller förbättrade behandlingsmetoder för detta ändamål, teamet undersökte förbättrad kolextraktion (förfiltrering), innovativa processer för avlägsnande av kväve (som avancerad kontroll, mainstream deammonifiering, andmatsreaktor), power-to-gas (biogasuppgraderingar) med ett smart elnät, värme-till-kraft-koncept (termoelektrisk återvinning i kraftvärmeaggregat, ånga rankine cykel, värmelagringskoncept) och innovativ processvattenbehandling (nitritering, membran ammoniakavdrivning).

Som Dr. Christian Loderer förklarar, "Över hela EU, Självförsörjningen av avloppsvattenenergi – det vill säga biogasproduktion för elproduktion – ligger på väldigt olika nivåer. I vissa länder som Nederländerna och Tyskland, självförsörjningen är hög men når inte energineutraliteten på 100 procent (förutom i mycket få fall). Andra länder, speciellt i Östeuropa, har mycket låg självförsörjning, saknar 50-80 procent av energipotentialen i deras avloppsvatten."

Detta understryker det faktum att det finns ett antal barriärer som måste övervinnas. En är att biogas från vattenrening för närvarande inte är accepterad som en kvalitetsförnybar energi, i jämförelse med biogas från energigrödor. Detta trots de negativa bieffekterna av biogas från grödor som skapandet av majsmonokulturer, överdriven spridning av gödningsmedel och utsläpp av näringsämnen i vattenmiljön. Omvänt, biogas från avloppsslam har inte dessa negativa biverkningar.

Bidrar till den cirkulära ekonomin

POWERSTEP, med sina praktiska exempel på hur man bäst producerar förnybar energi från avloppsvatten, avsevärt bidrar till EU:s ansträngningar för att övergå till den cirkulära ekonomin, vägleds av ambitioner för hållbarhet i hela samhället, ekonomin och miljön. Detta faktum underströks nyligen av generaldirektören för Europeiska kommissionens GD Energi, Dominique Ristori, som beskrev POWERSTEP som, "extremt välplacerad när man överväger energiunionens prioriteringar."

Vidare, med elektricitet för att driva reningsverk som kostar cirka 2 miljarder euro per år, besparingarna kunde uttalas. Dr. Loderer hävdar att om kommunerna skulle följa POWERSTEP-metoden, EU-medborgare skulle också direkt gynnas av lägre energiräkningar.

"Energineutral rening av avloppsvatten är inte längre någon illusion, vi har visat att det är absolut möjligt nu med kommersiellt tillgänglig toppmodern teknologi, " som Dr. Loderer säger. Och med Altenrheins avloppsvattenreningsverk i Schweiz nu utrustad med en fullskalig kväveåtervinningsenhet, som hade studerats i detalj av POWERSTEP-partnern EAWAG, momentum bygger bokstavligen.

När vi ser på framtiden tillägger Dr. Loderer att, "Energipositiv behandling, upp till 140-170 procent, är också möjligt men kräver fortfarande mer arbete med teknisk tillförlitlighet och ekonomisk bärkraft, för att fullskaliga system ska rullas ut."

På omedelbar sikt, som ett proof of concept som visar att tekniken fungerar för både liten och stor skala, teamet för diskussioner med viktiga industriella partners från projektet om hur man kan etablera ett nätverk av små avloppsreningsverk som delvis kommer att implementera POWERSTEP-metoder.