Betal avfall: kloakk inneholder mer brukbar energi enn forskerne tenkte


Er det du spoler ned i toalettet bortkastet energi? Folk som bor i land med tømmer og rennende vann produserer en stor mengde avløpsvann daglig. Dette vannet, i stor grad takket være ekskrementer, er fullt av organiske forbindelser som lagrer brukbar energi i sine kjemiske bindinger. Flere metoder kan brukes til å høste det, for eksempel kan ingeniører trekke ut metan gjennom anaerob (oksygenfri) fordøyelse, eller produsere elektrisitet ved hjelp av mikrobielle brenselceller. I løp

Er det du spoler ned i toalettet bortkastet energi? Folk som bor i land med tømmer og rennende vann produserer en stor mengde avløpsvann daglig. Dette vannet, i stor grad takket være ekskrementer, er fullt av organiske forbindelser som lagrer brukbar energi i sine kjemiske bindinger. Flere metoder kan brukes til å høste det, for eksempel kan ingeniører trekke ut metan gjennom anaerob (oksygenfri) fordøyelse, eller produsere elektrisitet ved hjelp av mikrobielle brenselceller.
I løpet av de siste årene har en økende mengde forskning fokusert på å utvikle og forbedre disse metodene, da utnyttet avløpsvann kan hjelpe vannbehandlingsanlegg produsere nok kraft til å møte alt sitt eget forbruk - og til og med tjene som drivstoffkilde i utviklingsland der Forsyninger er for tiden upålitelige. Men akkurat hvor mye brukbar energi holder rå kloakk? Dette var spørsmålet fra forfatterne av en studie publisert 5. januar i miljøvitenskap og teknologi . Deres svar: Avløpsvann sannsynligvis holder mye mer enn det som tidligere var antatt.
Elizabeth Heidrich, PhD-student ved Newcastle University i England og hovedforfatter av den nye studien, studerer mikrobile brenselceller-enheter som genererer elektrisk strøm ved å fange elektronene frigjort som bakterier bryter ned organisk materiale i avløpsvann. Da hun forberedte sitt doktorgradsforskningsprosjekt, bestemte hun seg for å bestemme hvor mye energiingeniører kunne stole på avløpsvann å gi. "Det virket som et åpenbart spørsmål å begynne med, " forklarer hun. Det var derfor hun ble overrasket over at nesten ingen hadde tidligere bedt om det.
Heidrich fant bare en studie, utgitt i 2004, som hadde forsøkt å svare på spørsmålet. Forfatterne hadde testet et utvalg av rå kommunalt avløpsvann innhentet fra et behandlingsanlegg i Toronto, og ved hjelp av kalorimetri (måling av varmeabsorpsjon og -utslipp) beregnet den indre kjemiske energien til prøven til 6, 3 kilojoules per liter. De korrelerte også mengden energi funnet i prøven til sin kjemiske oksygenbehov (COD), en vanlig indirekte måling av oppløste organiske forbindelser. Basert på denne sammenhengen, anslår de at i alt avløpsvannet som ble produsert i 2004 av verdens 6, 8 milliarder mennesker, inneholdt en kontinuerlig energiforsyning et sted i området fra 70 til 140 gigawatt. (En stor atomkraftverk produserer rundt 1 gigawatt).
Men resultatene av denne studien - som Heidrich notater har blitt sitert flere ganger i den mikrobielle brenselcelle litteraturen - er problematiske, sier hun.
Før en prøve kan testes i en kalorimeter, må den være tørr, og i dette tilfellet har forfatterne tørket prøven ved å la den stå over natten i en ovn oppvarmet til 103 grader Celsius. Og fordi kokepunktene til flere organiske væsker, inkludert metanol, etanol og myresyre som finnes i kloakk er lavere enn 103 grader, sier Heidrich, "Jeg følte meg bare at det ville være ting som fordampet ved den temperaturen." Dette tapet ville bety at forfatterne ikke hadde regnet med all energi som var innbefattet i prøven.
Så samler hun og hennes kolleger sine egne prøver - en fra en plante som behandler husholdningsavløpsvann og en annen fra et anlegg som behandler "blandet" avløpsvann som inneholder kjemikalier bortført av industrielle anlegg. I stedet for å bruke en ovn fryser de tørkprovene før de testes i en kalorimeter. De fant at industriprøven holdt om 16, 8 kilojoules per liter, mens den innenlandske prøven inneholdt 7, 6-20 prosent mer enn den forrige studien hadde rapportert for sin innenlandske prøve. Kanskje enda viktigere, med tanke på at avløpsvannprøver er svært variabel, fant Heidrich og hennes kolleger at den vanlige COD-måling ikke faktisk korrelerer til energiinnhold, og dermed er en upålitelig metrisk. Hadde de stolt på de samme beregningsmetoder som ble brukt i den forrige studien, hadde forfatterens rapport, at de bare hadde funnet rundt halvparten av energien i hver av sine prøver. Dermed er det eldre estimatet sannsynligvis en "betydelig undervurdering".
Heidrichs metode har sine egne begrensninger: Fryse-tørketrinnet tar uker, så det kan ikke påberopes som en rutinemessig testmetode. Og selv om prosessen bevarer mer organisk materiale enn å tørke ovnen, forårsaker det fortsatt at noen energiske molekyler går tapt. Uansett, hevder Heidrich, har studiens resultat umiddelbare virkninger i virkeligheten. "Jeg tror frem til nå at husholdningsavløpsvann har blitt sett på som noe du egentlig ikke kan få energi av, så det er ikke verdt innsatsen. Nå forhåpentligvis kan det forandre seg, " sier hun.