Ett system utvecklat av EPFL spin-off TreaTech kan förvandla slam från avloppsreningsverk till mineralsalter – som kan användas i gödningsmedel, till exempel – och biogas. Företagets forskning finansieras av flera privata och offentliga enheter, och en storskalig pilotanläggning byggs nu. Systemet är planerat att installeras vid ett avloppsreningsverk 2022.

Avloppsreningsverk producerar ett avlopp som vanligtvis kallas slam. Anläggningsoperatörer som tidigare kasserat detta slam direkt som gödningsmedel, men det gjordes olagligt i Schweiz för lite över tio år sedan på grund av den ökande koncentrationen av föroreningar som finns i avloppsvatten. Som ett resultat, slammet torkas vanligtvis till kakor och bränns, tar med sig tusentals ton fosfor varje år. Det är viktigt eftersom fosfor är en viktig förening i flera biologiska processer, inklusive fotosyntes, men det har inte funnits någon användbar metod för att återvinna fosfor i avloppsvatten tills nu. Ingenjörer vid EPFL:s Laboratory of Sustainable and Catalytic Processing har designat ett system som kan återvinna fosfor, marknaden beräknas till 33 miljarder CHF. Systemet har utvecklats av TreaTech, ett företag avstod från labbet. TreaTechs system kan även producera biogas från avloppsvattnet tack vare teknik, kallas termisk förgasning, utvecklad vid Paul Scherrer Institute.

För att minska transportkostnaderna, slammet som är 95 procent vatten torkas först av avloppsanläggningar, kräver i sin tur mycket energi som har en egen kostnad. Återstoden förbränns sedan någon annanstans. "Vårt system kan återvinna slam direkt från reningsverk utan torkning eller annan preliminär bearbetning, säger Frédéric Juillard, VD för TreaTech. I hans system, avloppsströmmen matas till ett högtryck, högtemperaturseparator (> 22,1 MPa och 400°C) där vätskan går in i ett superkritiskt tillstånd (dvs. mellan vätska och gas). Det minskar kraftigt lösligheten av fosfor och mineralsalter i vätskan, får dem att kristallisera till fasta ämnen som lätt kan återvinnas. "Över 90 procent av fosforet kan återvinnas, " understryker VD:n.

Omvandlar nästan 100 procent av det organiska materialet till biogas

Vissa avloppsreningsverk har redan system för återvinning av slam till biogas. "Men biorötkammare som de använder för närvarande kan bara omvandla 40–50 procent av det organiska materialet, säger Gaël Peng, medgrundare och CTO för TreaTech. Resterande rötrest torkas och transporteras till förbränningsanläggningar. Det ger stora kostnader och kräver mycket energi. "Bearbetning och bortskaffande av slam står för cirka 40 procent av ett avloppsreningsverks totala driftskostnader, "tillägger Peng. Juillard ville därför införliva teknik för att generera biogas i sitt system, för att hjälpa anläggningsoperatörer att sänka kostnaderna och öka konverteringsfrekvensen.

Han tillbringade flera månader med att studera olika tekniker som utvecklats runt om i världen, men hittade lösningen mindre än 200 km från EPFL, vid Paul Scherrer-institutet. Forskare där arbetade med en ny typ av reaktor som använder rutenium som katalysator och som kan uppnå en nästan 100 procent omvandlingsfrekvens till biogas som kan användas för att producera värme eller el, eller till och med som biobränsle. Det resulterande vattnet är fritt från toxicitet och kan pumpas tillbaka direkt till kommunala vattensystem.

Vad mer, forskarnas teknik sparar också mycket tid - deras reaktorer kan förvandla slam till biogas på bara 20 minuter, medan befintliga biorötkammare behöver cirka 30 dagar. Det kan också spara utrymme vid avloppsreningsverk och lämnar inget avfall.

Storskalig testning

TreaTechs forskning stöds av Paul Scherrer Institute samt det schweiziska federala energikontoret. Företaget har framgångsrikt testat en prototyp och bygger nu en storskalig version. Det planerar att installera sitt system på ett avloppsreningsverk 2022 - lagom till att hjälpa anläggningsoperatörerna att följa nya regler för återvinning av fosfor som kan träda i kraft i Schweiz 2026. Genom att kräva att företag återvinner fosfor, den schweiziska regeringen hoppas kunna undvika kostnaderna och miljöriskerna med att importera kemikalien.

Nu när TreaTech framgångsrikt har testat sin prototyp, man bygger en pilotanläggning som är 100 gånger större och kan behandla 100 kg/h slam. Företagets forskning stöds av det schweiziska federala energikontoret och erhöll 4,4 miljoner CHF i finansiering från ett offentlig-privat partnerskap. Pilotanläggningen ska vara klar i slutet av året, och systemet är planerat att installeras vid ett avloppsreningsverk 2022, med kapacitet att bearbeta 3 ton slam per timme.

Nästa steg blir att anpassa systemet för användning i andra applikationer, till exempel för rening av industriavloppsvatten, avloppsvatten från avsaltningsanläggningar eller biomassarester.