Universitetsforskare har visat att en övergång till gröna metoder för rening av avloppsvatten i USA som utnyttjar potentialen för kolfinansiering kan spara häpnadsväckande 15,6 miljarder dollar och knappt 30 miljoner ton CO2 -motsvarande utsläpp över 40 år.
De omfattande resultaten från Colorado State University lyftes fram i Nature Communications Earth &Environment i en första studie i sitt slag. Arbetet från Walter Scott, Jr. College of Engineering undersöker de potentiella ekonomiska kompromisserna med att byta till grön infrastruktur och tekniska lösningar som går utöver befintliga metoder för behandling av gråvatten.
Rapporten bygger på data som samlats in på över 22 000 anläggningar och ger omfattande baslinjemått och undersöker förhållandet mellan utsläpp, kostnader och reningsmöjligheter för elnätsoperatörer och beslutsfattare.
Braden Limb är den första författaren på uppsatsen och en Ph.D. student vid institutionen för systemteknik. Han arbetar också som forskarassistent vid institutionen för maskinteknik. Han sa att resultaten är ett viktigt första steg för att kategorisera och förstå potentiella gröna lösningar för avloppsvatten.
"Dessa resultat drar ett streck i sanden som visar vad potentialen för att anta gröna tillvägagångssätt i det här utrymmet är - både när det gäller sparade pengar och minskade totala utsläpp", sa han. "Det är en utgångspunkt för att förstå vilka vägar som är tillgängliga för oss nu och hur finansieringsstrategier kan lyfta vattenrening från en något lokal fråga till något som åtgärdas globalt genom marknadsincitament."
Forskningen slutfördes i samarbete med University of Colorado Boulder och Brigham Young University. Fynden handlar om både punktkälla och icke-punktkällor för vattenförorening.
Traditionella punktkällor för vattenreningsanläggningar som avloppsanläggningar tar bort problemnäringsämnen som kväve och fosfor innan vattnet släpps tillbaka till cirkulationen. Detta grå infrastruktursystem – som det kallas – övervakas av Environmental Protection Agency.
Men regleringsstandarderna kan komma att skärpas i framtiden, och anläggningar skulle behöva mer kraft, och i sin tur mer utsläpp, för att nå nya tillåtna trösklar. Befintliga anläggningar står redan för 2 % av all energianvändning i USA och 45 miljoner ton CO2 utsläpp, sa Limb.
En annan betydande källa till sötvattenförorening i USA kommer från aktivitet utan punktkälla, såsom avrinning av gödselmedel från jordbruket som kommer in i floder. Andra icke-punktföroreningskällor kan komma från skogsbränder – med hjälp av klimatförändringar – eller stadsutveckling, till exempel.
Limb sa att i stället för att bygga fler behandlingsanläggningar för grå infrastruktur för att ta itu med de ökande källorna, utforskar tidningen gröna tillvägagångssätt finansierade genom koldioxidmarknader som kan hantera båda typerna samtidigt.
"Det kan bli en övergång till naturbaserade lösningar som att bygga våtmarker eller återplantera skog i stället för att bygga ytterligare en behandlingsanläggning", sa han. "De här alternativen skulle kunna binda över 4,2 miljoner koldioxidutsläpp per år över en 40-årig tidshorisont och ha andra kompletterande fördelar som vi bör sträva efter, såsom billigare totala kostnader."
Koldioxidfinansiering är en mekanism som syftar till att mildra klimatförändringarna genom att stimulera aktiviteter som minskar utsläppen eller avskiljer dem från atmosfären. Företag köper frivilligt "krediter" på en öppen marknad som representerar en minskning eller avlägsnande av kol från atmosfären som kan åstadkommas på en mängd olika sätt. Den krediten kompenserar institutionens utsläpp från verksamheten eftersom den syftar till att nå hållbarhetsmål.
Dessa yrken stimulerar utvecklingen av hållbara aktiviteter och kan också ge en källa till nya pengar för att vidareutveckla eller skala upp nya tillvägagångssätt.
Även om det finns liknande finansieringsmarknader för vatten, är problemet initialt mer lokaliserat än vad det är för luftkvalitet och kol. Den dynamiken har begränsat värdet av vattenmarknadsaffärer tidigare. Dokumentet föreslår att dessa befintliga marknader skulle kunna förbättras, och att koldioxidmarknaderna också skulle kunna utnyttjas för att förändra några av de ekonomiska incitament som jordbrukare har kring vattenrening och effekterna av deras verksamhet.
Forskarna fann att användning av marknaderna skulle kunna generera 679 miljoner dollar årligen i intäkter, vilket representerar en möjlighet att ytterligare motivera gröna infrastrukturlösningar inom vattenkvalitetshandelsprogram för att möta reglerade standarder.
Professor Jason Quinn i maskinteknik är medförfattare till studien. Han sa att resultaten har vissa begränsningar, men att detta var ett viktigt första steg för att modellera både problemet och möjligheten som finns nu. Han sa att resultaten i artikeln har stött ny forskning vid CSU med National Science Foundation för att vidareutveckla den nödvändiga koldioxidkreditmetoden med intressenter.
"Det här är första gången vi överväger luft- och vattenkvalitet samtidigt - vatten är lokalt och kol är globalt", sa han. "Men genom att sammanföra dessa marknadsmekanismer kan vi dra nytta av ett fönster av möjligheter att påskynda förbättringen av Amerikas floder när vi övergår till en förnybar energi och en återställd framtid med vattendelar."
Mer information: Braden Limb et al, Koldioxidmarknadernas potential för att accelerera grön infrastrukturbaserad handel med vattenkvalitet, Nature Communications Earth &Environment (2024). DOI:10.1038/s43247-024-01359-x. www.nature.com/articles/s43247-024-01359-x
Journalinformation: Nature Communications Earth &Environment
Tillhandahålls av Colorado State University
