Wissenschaftler der Nanyang Technological University in Singapur (NTU Singapur) haben eine innovative, solarbetriebene Methode entwickelt, um den Abwasserschlamm -- A Nebenprodukt der Abwasserbehandlung -- in grüne Wasserstoff für saubere Energie und Einzelzellprotein für Tierfutter zu verwandeln.
Veröffentlicht inNaturwasserDie Methode für Schlamm zu Food und Brennstoff befasst sich mit zwei dringenden globalen Herausforderungen: Verwaltung von Abfällen und Erzeugung nachhaltiger Ressourcen. Dies entspricht dem Ziel der NTU, sich mit den größten Herausforderungen vonhumanity wie Klimawandel und Nachhaltigkeit zu befassen.
Die Vereinten Nationen schätzt, dass bis 2050 rund 2,5 Milliarden Menschen in Städten leben werden. Zusammen mit dem Wachstum von Städten und Branchen ist ein Anstieg des Klärschlammes, was aufgrund ihrer komplexen Struktur, Komposition und Verunreinigungen wie Schwermetalle und Krankheitserreger notorisch schwer zu verarbeiten und zu entsorgen ist.
Laut Un-Habitat werden jedes Jahr weltweit mehr als 100 Millionen Tonnen Klärschlamm erzeugt, eine Menge, die jährlich zunimmt. Allerdings sind gemeinsame Entsorgungsmethoden -- wie Verbrennung oder Mülldeponie -- zeitaufwändig, energieverwöhnlich und tragen zur Umweltverschmutzung bei.
Um das Problem von unerwünschtem und schwer zu behandelnder Klärschlamm anzugehen, erstellten NTU-Forscher ein dreistufiges solarbetriebenes Prozess, das mechanische, chemische und biologische Techniken integriert.
Proof-of-Concept-Tests ergaben, dass der Prozess des NTU-Teams effizienter ist als herkömmliche Techniken wie anaerobe Verdauung --, durch die Bakterien organische Abfälle abbauen, um Biogas und nährstoffreiche Rückstände zu produzieren. Es erholt sich wesentlich mehr Ressourcen, beseitigt die Verunreinigungen von Schwermetall vollständig, hat einen geringeren ökologischen Fußabdruck und bietet eine bessere wirtschaftliche Machbarkeit.
Der stellvertretende Forscher, Professor Li Hong an der NTU -School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE), und das Energy Research Institute sagten: "Unsere Methode verwandelt Abfall in wertvolle Ressourcen, reduziert Umweltschäden, indem sie erneuerbare Energien und nachhaltige Lebensmittel schafft. Dies veranschaulicht die kreisförmige Wirtschaft und beiträgt zu einer umweltfreundlichen Zukunft bei."
Co-Lead-Forscher Professor Zhou Yan von der NTU-School of Civil and Environmental Engineering (CEE) und Nanyang Environment and Water Research Institute (Newri) sagte: "Unser solarbetriebener Prozess zeigt, wie wir mehrere Herausforderungen auf einmal in Angriff nehmen können. Knappheit und eine neue nachhaltige Strategie im Abwassermanagement anbietet. "
Der dreistufige Prozess der NTU
Der Prozess beginnt damit, den Klärschlamm mechanisch abzubauen. Eine chemische Behandlung trennt schädliche Schwermetalle von organischen Materialien, einschließlich Proteinen und Kohlenhydraten.
Als nächstes verwendet ein solarbetriebenes elektrochemisches Verfahren spezielle Elektroden, um die organischen Materialien in wertvolle Produkte wie Essigsäure -- Ein wichtiger Bestandteil für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie -- und Wasserstoffgas, eine saubere Energiequelle.
Schließlich lichtaktivierte BakteRiawerden in den verarbeiteten Flüssigkeitsstrom eingeführt. Diese Bakterien wandeln Nährstoffe in ein Zellprotein um, das für Tierfutter geeignet ist.
Umweltfreundlich, kostengünstig und skalierbar
Labortests zeigten, dass die neue Methode 91,4 Prozent des organischen Kohlenstoffs in Klärschlamm wiederholt und 63 Prozent des organischen Kohlenstoffs in Einzelzellprotein umwandelt, ohne schädliche Nebenprodukte zu produzieren. Im Vergleich dazu erholt und wandelt sich die traditionelle anaerobe Verdauung typischerweise etwa 50 Prozent der organischen Materialien in Klärschlamm zurück.
Das solarbetriebene Prozess erreicht eine Energieeffizienz von 10 Prozent und erzeugt bis zu 13 Liter Wasserstoff pro Stunde unter Verwendung von Sonnenlicht, was rund 10 Prozent energieeffizienter ist als die herkömmlichen Methoden zur Erzeugung von Wasserstoff.
Der NTU -Prozess reduziert die Kohlenstoffemissionen um 99,5 Prozent und den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Methoden um 99,3 Prozent. Es beseitigt auch schädliche Schwermetalle aus dem Schlamm, die sonst ohne ordnungsgemäße Behandlung entsorgt werden würden, was den Prozess zu einer umweltfreundlichen Entscheidung macht.
Der Erstautor, Dr. Zhao Hu, Research Fellow an der Schule von Mae, sagte: "Wir hoffen, dass unsere vorgeschlagene Methode die Lebensfähigkeit der nachhaltigen Verwaltung von Abfall zeigt und wie Abwasserschlamm -- von Abfall zu einer wertvollen Ressource wahrgenommen wird, die saubere Energie und nachhaltige Lebensmittelproduktion unterstützt."
Das NTU -Forschungsteam fügte hinzu, dass der neu entwickelte Prozess zwar vielversprechend ist, aber mehr Studien erforderlich sind, um festzustellen, ob er verkleinert werden kann. Eine wichtige Herausforderung sind die Kosten für die Verwendung eines elektrochemischen Verfahrens, um organische Materialien vollständig abzubauen und alle Schwermetalle aus Abfall zu extrahieren. Darüber hinaus trägt das Entwerfen eines komplexen Systems für eine Abwasserbehandlungsanlage zu der Schwierigkeit bei.