Wetenschappers van Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore), hebben een innovatieve methode voor zonne-energie ontwikkeld om rioleringsslib te transformeren -- Een bijproduct van afvalwaterbehandeling -- in groene waterstof voor schone energie en single-cell eiwit voor diervoeders.
Gepubliceerd inNatuurwater, de Sludge-to-Food-and-Fuel-methode pakt twee dringende wereldwijde uitdagingen aan: het beheren van afval en het genereren van duurzame middelen. Dit sluit aan bij het doel van NTU om de grootste uitdagingen van de mensheid aan te gaan, zoals klimaatverandering en duurzaamheid.
De Verenigde Naties schat dat tegen 2050 ongeveer 2,5 miljard meer mensen in steden zullen wonen. Samen met de groei van steden en industrieën komt een toename van het rioolslib, dat notoir moeilijk te verwerken en te verwijderen is vanwege de complexe structuur, samenstelling en verontreinigende structuren en verontreinigingen zoals zware metalen en pathogenen.
Volgens UN-Habitat worden elk jaar meer dan 100 miljoen ton rioolslib gegenereerd, een bedrag dat jaarlijks toeneemt. Gemeenschappelijke verwijderingsmethoden -- zoals verbranding of storting -- zijn echter tijdrovend, energie-inefficiënt en dragen bij aan milieuvervuiling.
Om het probleem van ongewenste en moeilijk te behandelen rioolslib aan te pakken, hebben NTU-onderzoekers een driestaps op zonne-energie aangedreven proces gemaakt dat mechanische, chemische en biologische technieken integreert.
Proof-of-concept-tests onthulden dat het proces van het NTU-team efficiënter is dan conventionele technieken zoals anaërobe digestie -- waardoor bacteriën organisch afval afbreken om biogas en voedingsrijk residu te produceren. Het herstelt aanzienlijk meer middelen, verwijdert volledig verontreinigingen met zware metaal, heeft een kleinere voetafdruk van het milieu en biedt een betere economische haalbaarheid.
Lead Researcher Universitair hoofddocent Li Hong van NTU's School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) en het Energy Research Institute zeiden: "Onze methode verandert afval in waardevolle middelen, het verminderen van milieuschade terwijl hernieuwbare energie en duurzaam voedsel wordt gecreëerd. Dit is een voorbeeld van de circulaire economie en draagt bij aan een groenere toekomst."
Co-lead researcher Professor Zhou Yan from NTU's School of Civil and Environmental Engineering (CEE) and Nanyang Environment and Water Research Institute (NEWRI) said, "Our solar-powered process demonstrates how we can tackle multiple challenges at once -- turning a difficult waste product into clean energy and nutritious protein. By integrating mechanical, chemical, and biological approaches, our method has successfully addressed pollution and resource scarcity, het aanbieden van een nieuwe duurzame strategie in afvalwaterbeheer. "
NTU's driestapsproces
Het proces begint door het rioolslib mechanisch af te breken. Een chemische behandeling scheidt schadelijke zware metalen van organische materialen, waaronder eiwitten en koolhydraten.
Vervolgens gebruikt een op zonne-energie aangedreven elektrochemisch proces gespecialiseerde elektroden om de organische materialen te transformeren in waardevolle producten, zoals azijnzuur -- Een belangrijk ingrediënt voor voedsel- en farmaceutische industrie -- en waterstofgas, een schone energiebron.
Eindelijk, door licht geactiveerde bacteRiaworden geïntroduceerd in de verwerkte vloeistofstroom. Deze bacteriën zetten voedingsstoffen om in eencellige eiwit die geschikt is voor diervoeding.
Milieuvriendelijk, kosteneffectief en schaalbaar
Lab-tests toonden aan dat de nieuwe methode 91,4 procent van de organische koolstof in rioolslib wordt hersteld en 63 procent van de organische koolstof omzet in een cel-eiwit zonder schadelijke bijproducten te produceren. Ter vergelijking: traditionele anaërobe spijsvertering herstelt en converteert meestal ongeveer 50 procent van de organische materialen in rioolslib.
Het op zonne-energie aangedreven proces bereikt een energie-efficiëntie van 10 procent, waardoor tot 13 liter waterstof per uur wordt gegenereerd met behulp van zonlicht, wat ongeveer 10 procent energiezuiniger is dan de conventionele methoden voor het genereren van waterstof.
Het NTU -proces vermindert de koolstofemissies met 99,5 procent en energieverbruik met 99,3 procent in vergelijking met traditionele methoden. Het elimineert ook schadelijke zware metalen uit het slib, die anders zonder de juiste behandeling zouden worden verwijderd, waardoor het proces een milieuvriendelijke keuze is.
Eerste auteur, Dr. Zhao Hu, onderzoeksfellow van School of Mae, zei: "We hopen dat onze voorgestelde methode de levensvatbaarheid toont om afval duurzaam te beheren en te verschuiven hoe rioolslib wordt waargenomen -- van afval tot een waardevolle bron die schone energie en duurzame voedselproductie ondersteunt."
Het NTU -onderzoeksteam voegde eraan toe dat hoewel het nieuw ontwikkelde proces veelbelovend is, er meer studies nodig zijn om te bepalen of het kan worden opgeschaald. Een belangrijke uitdaging zijn de kosten voor het gebruik van een elektrochemisch proces om organische materialen volledig af te breken en alle zware metalen uit afval te extraheren. Bovendien draagt het ontwerpen van een complex systeem voor een afvalwaterzuiveringsinstallatie bij aan de moeilijkheid.