Tim WSU razvio je APAD proces koji kombinuje visokotemperaturni AWOEx pretretman, dodatnu anaerobnu digestiju i biološku nadogradnju, što je u pilot-proveri proizvelo gas sa ~99% metana. Pilot-pokusi pokazali su porast prinosa metana za 49,8% i povećanje ukupne konverzije ugljenika do 83%. AWOEx je skoro prepolovio troškove obrade mulja, ali kompletan sistem još zavisi od dostupnosti jeftinog i obnovljivog vodonika.
WSU Pretvara Kanalizacioni Mulj u 99% Čist Prirodni Gas — Povećan Oporavak Energije i Manje Otpada
As part of the project, the team used a novel bacterial strain to upgrade the biogas in a reactor, converting carbon dioxide with hydrogen into methane or renewable natural gas. (CREDIT: WSU)
Kanalizacioni mulj često je problematičan i skup za odlaganje — čak i nakon obrade značajan deo završava na deponijama. Tim sa Washington State University (WSU) razvio je proces koji iz tog otpada izvlači znatno više vrednosti: u pilot-studiji obrađeni mulj pretvoren je u obnovljivi prirodni gas sa čak 99% metana, dok je znatno povećan udeo ugljenika koji prelazi u upotrebljivo gorivo.
Graphical process abstract. Renewable H2, which may reduce in price in the near future, can positively improve the economics of biogas upgrading for the APAD process. (CREDIT: Chemical Engineering Journal)
Kako funkcioniše proces
Novi pristup, nazvan Advanced Pretreatment and Anaerobic Digestion (APAD), kombinuje visokotemperaturni i visokopritisni pretretman (AWOEx — Advanced Wet Oxidation and Steam Explosion) sa dodatnom rundom anaerobne digestije i biološkom nadogradnjom biogasa. Mulj se zagreva na 175°C uz kontrolisano dodavanje kiseonika, a zatim naglo dekompresuje, što razbija tvrdokorne organske materije i omogućava mikrobima lakšu razgradnju u digestoru.
Advanced Pretreatment and Anaerobic Digestion (APAD) process for increased carbon conversion of sewage sludge to renewable natural gas. (CREDIT: Chemical Engineering Journal)
Rezultati pilot-testiranja
U pilot-skaliranim ispitivanjima prethodno tretirani mulj dao je prosečan prinos metana od 39,7 litara dnevno, u poređenju sa 26,7 l/dan za netretirani mulj — što predstavlja povećanje od 49,8%. Konvencionalna anaerobna digestija pretvarala je 37,3% ugljenika iz mulja, dok je pretretman podigao taj procenat na 61,6%; uz biološku nadogradnju, ukupna konverzija ugljenika dostigla je 83%.
Feed rate and biogas production from pretreated and untreated sewage sludge. (CREDIT: Chemical Engineering Journal)
„Postoji jedan radnik — radna vrsta mikroba“, rekla je istraživačica Birgitte Ahring. „Ne zahteva organske dodatke niti mnogo nege. Dobro funkcioniše sa vodom i 'vitaminskom pilulom'.“
Čistoća gasa i biološka nadogradnja
Nakon pretretmana biogas je prešao u trickle-bed bioreaktor gde je termofilna metanogena so Methanothermobacter wolfeii BSEL konvertovala CO2 i vodonik u dodatni metan, pa je konačni obnovljivi prirodni gas testiran na ~99% metana — nivo pogodan za širu energetsku upotrebu bez intenzivnog hemijskog čišćenja.
Levelized cost of treatment (LCOT) for the process scenarios: 1) AD only, 2) APAD, 3) AWOEx only, 4) biogas upgrading only. (CREDIT: Chemical Engineering Journal)
Ekonomika i emisije
Dodavanje AWOEx pretretmana smanjilo je troškove obrade mulja sa 494 na 253 USD po suvoj toni—skok u ekonomiji koji uglavnom potiče od smanjenja količine ostatnog mulja za odlaganje. Međutim, kompletan APAD sistem, koji uključuje i biološku nadogradnju, procenjen je na 530 USD/tonu, jer je velika stavka cena vodonika potrebnog za nadogradnju gasa.
Analiza životnog ciklusa pokazala je da kompletan APAD smanjuje neto emisije na 220 kg CO2e/tonu, sa početnih 490 kg. Zanimljivo, pretretman sam (bez nadogradnje) dao je negativan rezultat od −160 kg CO2e/tonu zahvaljujući zameni prirodnog gasa i đubriva. Scenarij sa samo nadogradnjom bio je lošiji (540 kg CO2e/tonu) dok ne bude dostupan jeftin i čist vodonik.
Ograničenja i naredni koraci
Studija se oslanjala na pilot-podatke i industrijski flaširani vodonik; autori naglašavaju da konačna ekonomska i klimatska vrednost zavisi od pristupa obnovljivom i jeftinom vodoniku i od potvrde performansi u većim postrojenjima. Uzorci su poticali iz malog postrojenja u Walla Walla (4,5 t mulja dnevno), pa su potrebna šira ispitivanja i skaliranje.
Tim uključuje istraživače sa WSU, Pacific Northwest National Laboratory i kompanije Clean-Vantage LLC; bakterijska so je patentirana i u saradnji sa industrijskim partnerima planira se dalji razvoj i skaliranje.
Zaključak
APAD pokazuje da bolje pretretiranje može značajno smanjiti teret odlaganja i povećati oporavak energije iz kanalizacionog mulja, dok integrisana verzija sa biološkom nadogradnjom nudi put ka proizvodnji visokokvalitetnog obnovljivog prirodnog gasa — pod uslovom da se reše izazovi vezani za nabavku povoljnog vodonika i skaliranje.
Pomozite nam da budemo bolji.
