Avloppsrening-en oglamorös ryggrad i stadsboende-kan erbjuda ett kostnadseffektivt sätt att bekämpa klimatförändringar genom att skölja växthusgaser från atmosfären.

I en artikel som analyserar flera möjliga tekniska metoder i tidskriften Naturens hållbarhet den 18 december 2018, forskare vid Princeton University drog slutsatsen att avloppsanläggningar som betjänar kommuner över hela världen erbjuder ett stort alternativ för att fånga koldioxid och andra växthusgaser. Även om man varnar för att forskning och utveckling behövs innan systemen kan distribueras, laget identifierade flera potentiellt livskraftiga vägar till att använda avloppsvatten som kolsänka - det vill säga avloppsanläggningar kan städa atmosfären när de renar vatten.

"Vattenindustrin kan spela en stor roll för att hantera klimatförändringar, "sa seniorförfattaren Jason Ren, professor i civil- och miljöteknik och Andlinger Center for Energy and the Environment. "Det är en mycket spännande idé eftersom människor alltid tänker på energi eller transport, men vatten har inte ansetts vara en viktig faktor för koldioxidreduktion. "

Avloppsanläggningar är massiva industriella verksamheter som använder en mängd olika tekniker för att avlägsna föroreningar innan avloppsvatten återvänder till miljön. Även om de flesta aldrig tänker på systemen, vattenmängden är svindlande. New York, till exempel, driver 14 avloppsanläggningar och bearbetar 1,3 miljarder liter vatten dagligen (tillräckligt för att fylla cirka 22, 000 olympiska pooler.)

Under de senaste åren, forskare har föreslagit metoder för att använda det avloppsvattnet för att fånga upp tillräckligt med kol för att kompensera mängden som genereras för att driva tung utrustning som används för att driva avloppsanläggningar. De upptäckte att vissa tekniker inte bara skulle göra det möjligt för växterna att balansera sina egna utsläpp (rengöringsvatten kräver stor energianvändning), de kunde också ta upp extra kol som operatörerna pumpade in i avloppet när det rörde sig genom anläggningarna.

"Om du ser det som en resurs, du kan omvandla en del av avfallsmaterialet inklusive CO2 till produkter, "Sa Ren." Du kan faktiskt tjäna pengar. "

Rent generellt, operatörerna skulle använda rör för att pumpa koldioxid i avloppsvattnet i anläggningarna. De skulle sedan använda en mängd olika tekniker för att omvandla gasen till karbonatmineraler, biobränslen eller ett slambaserat gödningsmedel som kallas biokol.

Forskarna granskade en rad tekniker, inklusive:

Mikrobiell elektrolytisk kolavskiljning

Denna teknik använder en kombination av bakterier och en låg elektrisk laddning för att ändra vattenets alkalinitet och, med tillsats av silikater, omvandla koldioxid till fast karbonat och bi-karbonat. Förutom de fasta ämnena, som kan användas av industrin, processen skapar stora mängder vätgas. Forskarna noterade att denna teknik för närvarande används i laboratoriet och ytterligare arbete behövs för att visa om den är ekonomisk och tillämplig på industriell nivå.

Mikrobiell elektrosyntes

Mikrobiell elektrosyntes liknar den mikrobiella elektrolytiska tekniken förutom att processen förlitar sig på bakterier för att direkt fånga upp koldioxid och omvandla den till andra organiska föreningar såsom etanol eller myrsyra. Forskarna noterade att tekniken är lovande men stora genombrott behövs för att utveckla processen fullt ut.

Mikroalgerodling

Mikroalgodling kan användas som ett komplement till andra processer. Alger och bakterier använder koldioxid, kväve och fosfor i avloppsvattnet för att växa. Operatörerna skördar sedan algerna, som kan användas som djurfoder, för markbehandling eller vid produktion av biobränslen. Forskarna sa att arbetet pågår för att identifiera de bästa lokala mikrobiella samhällena, små och intensiva bioreaktorer, och effektiva tekniker för att separera fasta ämnen och vätskor.

Biokolproduktion

Denna metod omvandlar avloppsslam och mikroalger till material som förbättrar jordens förmåga att behålla vatten och näringsämnen. Tekniken, som tar bort patogener, är vanligtvis självförsörjande när det gäller energi, även om de flesta biokol nu tillverkas av torra växter. Forskarna sa att användning av avloppsslam för att göra biokol kan kräva mer energi eller ytterligare åtgärder för att ta hänsyn till det extra vatteninnehållet.

Ren sa att på många platser, avloppsanläggningar finns redan nära industriella anläggningar som släpper ut stora mängder koldioxid som kraftverk, cementfabriker och raffinaderier. Han sa att användning av avloppssystemen för att fånga upp kolet skulle kunna ge en ekonomisk avkastning för dessa företag i form av koldioxidkrediter. Han sa också att tekniken kan användas av industrier som redan driver sina egna system för avloppsvattenrening, såsom olje- och gasproducenter, bryggerier, och destillatörer. När man analyserar de potentiella miljömässiga och ekonomiska fördelarna med sådan verksamhet, de fann att miljontals ton koldioxid kunde fångas upp och användas, medan miljarder dollar i intäkter kan genereras i både USA och Kina, världens två största koldioxidutsläpp.

Forskarna varnade för att även om många tekniker är lovande, "konceptet är fortfarande i sin linda." De sa att full användning av tekniken kommer att kräva arbete av inte bara forskare, men också tillsynsmyndigheter, investerare och industri.

Jerald Schnoor, ingenjörsprofessor vid University of Iowa, sa de nationella ledarna bör överväga avloppsrening som en del av ansträngningarna för att minska landets koldioxidavtryck under de kommande decennierna.

"Avloppsrening är en av de största energianvändarna och växthusgasutsläpp från ett kommunalt kalkylblad, "sa Schnoor, som inte var inblandad i denna forskning. "Teknik finns i pilotskala för att uppnå noll koldioxid- och energifotavtryck, men de har inte visat sig vara skalbara eller kostnadseffektiva för närvarande. När landet nu tar initiativ till "grön infrastruktur", som diskuteras av den nya kongressen, detta borde ha hög prioritet. "