Nanyang Technological University zinātnieki Singapūra (NTU Singapore) ir izstrādājuši novatorisku ar saules enerģiju darbināmu metodi notekūdeņu dūņu pārveidošanai -- notekūdeņu attīrīšanas blakusprodukts -- par zaļo ūdeņradi tīrai enerģijai un vienšūnu olbaltumvielām dzīvniekiem.
PublicētsDabas ūdens, Metode dūņās un degviela risina divus aktuālus globālus izaicinājumus: atkritumu pārvaldību un ilgtspējīgu resursu radīšanu. Tas saskan ar NTU mērķi pievērsties lielākajiem izaicinājumiem, piemēram, klimata pārmaiņām un ilgtspējību.
Apvienoto Nāciju Organizācija lēš, ka līdz 2050. gadam pilsētās dzīvos aptuveni par 2,5 miljardiem vairāk cilvēku. Līdz ar pilsētu un rūpniecības pieaugumu palielināsies notekūdeņu dūņas, kas ir ļoti grūti apstrādājama un iznīcināt tās sarežģītās struktūras, sastāva un piesārņotāju, piemēram, smago metālu un patogēnu dēļ.
Pēc ANO-Habitat teiktā, katru gadu visā pasaulē tiek ģenerēti vairāk nekā 100 miljoni tonnu notekūdeņu dūņu-summa, kas katru gadu palielinās. Tomēr parastās iznīcināšanas metodes --, piemēram, sadedzināšana vai poligons --, ir laikietilpīgas, enerģijas nederīgas un veicina vides piesārņojumu.
Lai risinātu nevēlamu un grūti apstrādājamu notekūdeņu dūņu problēmu, NTU pētnieki izveidoja trīspakāpju ar saules enerģiju darbināmu procesu, kas integrē mehāniskās, ķīmiskās un bioloģiskās metodes.
Pārbaudes pierādīšanas testi atklāja, ka NTU komandas process ir efektīvāks nekā parastās metodes, piemēram, anaerobā sagremošana --, caur kuru baktērijas sadala organiskos atkritumus, lai ražotu biogāzes un barības vielas bagātas atliekas. Tas atgūst ievērojami vairāk resursu, pilnībā noņem smago metālu piesārņotājus, tam ir mazāks vides nospiedums un tas piedāvā labāku ekonomisko iespējamību.
Vadošais pētnieks asociētais profesors Li Hong no NTU mehāniskās un kosmiskās inženierijas skolas (MAE) un Enerģētikas pētījumu institūts sacīja: "Mūsu metode atkritumus pārveido par vērtīgiem resursiem, samazinot kaitējumu videi, vienlaikus radot atjaunojamu enerģiju un ilgtspējīgu pārtiku. Tas liecina par apļveida ekonomiku un veicina zaļāku nākotni."
Līdzdalībnieka profesors Zhou Yan no NTU Civilās un vides inženierzinātņu skolas (CEE) un Nanjangas Vides un ūdens izpētes institūts (Newri) sacīja: "Mūsu saules enerģijas process parāda, kā mēs varam risināt vairākus izaicinājumus vienlaik Piedāvājot jaunu ilgtspējīgu stratēģiju notekūdeņu pārvaldībā. "
NTU trīs soļu process
Process sākas ar notekūdeņu dūņu mehāniski sadalīšanu. Ķīmiskā apstrāde atdala kaitīgus smagos metālus no organiskiem materiāliem, ieskaitot olbaltumvielas un ogļhidrātus.
Pēc tam ar saules enerģiju darbināmā elektroķīmiskā procesā tiek izmantoti specializēti elektrodi, lai organiskos materiālus pārveidotu vērtīgos produktos, piemēram, etiķskābē -- Galvenā sastāvdaļa pārtikas un farmaceitiskās rūpniecības nozarei -- un ūdeņraža gāze, tīras enerģijas avots.
Visbeidzot, gaismas aktivizēta bakteriatiek iepazīstināti ar apstrādāto šķidruma straumi. Šīs baktērijas barības vielas pārveido par vienas šūnas olbaltumvielām, kas piemērotas dzīvnieku barībai.
Videi draudzīgs, rentabls un pielāgojams
Laboratorijas testi parādīja, ka jaunā metode atgūst 91,4 procentus no organiskā oglekļa notekūdeņu dūņās un 63 procentus no organiskā oglekļa pārvērš vienas šūnas olbaltumvielās, neradot kaitīgus blakusproduktus. Salīdzinājumam - tradicionālā anaerobā gremošana parasti atgūst un pārveido apmēram 50 procentus no organisko materiālu notekūdeņu dūņās.
Ar saules enerģiju darbināmais process sasniedz energoefektivitāti 10 procenti, radot līdz 13 litriem ūdeņraža stundā, izmantojot saules gaismu, kas ir aptuveni 10 procenti energoefektīvāks nekā parastās ūdeņraža ģenerēšanas metodes.
NTU process samazina oglekļa emisijas par 99,5 procentiem un enerģijas patēriņu par 99,3 procentiem, salīdzinot ar tradicionālajām metodēm. Tas arī novērš kaitīgos smagos metālus no dūņām, kas citādi tiktu iznīcināti bez pienācīgas ārstēšanas, padarot procesu par videi draudzīgu izvēli.
Pirmais autors Dr Zhao Hu, Mae skolas stipendiāts, sacīja: "Mēs ceram, ka mūsu piedāvātā metode parāda ilgtspējīgas atkritumu pārvaldības dzīvotspēju un mainiet notekūdeņu dūņas {-- no atkritumiem uz vērtīgu resursu, kas atbalsta tīru enerģiju un ilgtspējīgu pārtikas ražošanu."
NTU pētījumu grupa piebilda, ka, lai arī jaunizveidotais process ir daudzsološs, ir nepieciešami vairāk pētījumu, lai noteiktu, vai to var palielināt. Galvenais izaicinājums ir elektroķīmiskā procesa izmantošanas izmaksas, lai pilnībā sadalītu organiskos materiālus un iegūtu visus smagos metālus no atkritumiem. Turklāt sarežģītas sistēmas izstrāde notekūdeņu attīrīšanas iekārtai palielina grūtības.