PULLMAN, Washington – Một nhóm nghiên cứu do Đại học Bang Washington dẫn đầu đã công bố thành công trong việc biến bùn thải thành khí tự nhiên tái tạo chất lượng đường ống, với hiệu suất cao hơn và chi phí thấp hơn. Phương pháp này không chỉ giúp các cộng đồng quản lý rác thải hiệu quả mà còn tạo ra năng lượng, góp phần giảm thiểu tác động môi trường. Trong một nghiên cứu thử nghiệm tại Richland, các nhà khoa học đã kiểm tra một phương pháp mới để xử lý bùn thải từ nhà máy xử lý nước thải địa phương. Kết quả công bố trên tạp chí Chemical Engineering Journal cho thấy, bước xử lý tiền xử lý trước khi lên men kỵ khí giúp tạo ra tới 200% khí tự nhiên tái tạo so với phương pháp hiện tại, đồng thời giảm chi phí xử lý tới gần 5.000 đô la mỗi tấn chất rắn khô.
“Công nghệ này cơ bản biến tới 80% bùn thải thành thứ gì đó có giá trị,” tiến sĩ Birgitte Ahring, tác giả chính bài báo và giảng viên tại Phòng thí nghiệm Bioproducts, Sciences, và Engineering Laboratory của Đại học Bang Washington, cũng như Trường Khoa học và Kỹ thuật Hóa học và Sinh học Công nghiệp Gene và Linda Voiland cho biết. “Nếu chúng tôi có thể lặp lại nghiên cứu này với các vật liệu hữu cơ khác, chúng tôi sẽ có một công nghệ xử lý rác thải mang tính thế giới khi nói đến hiệu suất.”
Các nhà máy xử lý nước thải hiện nay tiêu thụ một lượng điện lớn để làm sạch nước thải đô thị, chiếm từ 3% đến 4% nhu cầu điện tổng thể của nước Mỹ, theo các nhà nghiên cứu. Các cơ sở này thường là người tiêu thụ điện lớn nhất ở các cộng đồng nhỏ, đồng thời góp phần vào biến đổi khí hậu, gây ra khoảng 21 triệu tấn khí nhà kính mỗi năm.
Khoảng một nửa trong số hơn 15.000 nhà máy xử lý nước thải của cả nước sử dụng lên men kỵ khí để giảm bùn thải và tạo ra khí sinh học, nhưng quy trình này không hiệu quả và gặp khó khăn trong việc phân hủy các phân tử phức tạp trong bùn thải, các nhà nghiên cứu cho biết. Khí sinh học tạo ra, gồm carbon dioxide và methane, có giới hạn về sử dụng, và bùn thải còn lại thường kết thúc ở bãi rác.
Trong nghiên cứu do Đại học Bang Washington dẫn đầu, nhóm đã thêm một bước xử lý tiền xử lý, trong đó xử lý bùn thải ở nhiệt độ và áp suất cao với oxy được thêm vào trước khi lên men kỵ khí. Các nhà khoa học cho biết lượng oxy nhỏ trong điều kiện áp suất cao hoạt động như chất xúc tác để phân hủy các chuỗi polymer dài trong vật liệu. Họ báo cáo rằng bước tiền xử lý giúp giảm chi phí xử lý nước thải từ 494 đô la xuống 253 đô la mỗi tấn chất rắn khô.
Sau đó, nhóm sử dụng một chủng vi khuẩn mà họ phát hiện và tách ra để nâng cấp khí sinh học bằng cách chuyển đổi carbon dioxide với hydro thành methane, tạo ra khí tự nhiên tái tạo. Các nhà khoa học đã phân tích và xác minh khí, báo cáo rằng khí đạt 99% methane tinh khiết.
“Vi khuẩn này không cần gì – nó là một công cụ lao động,” Ahring cho biết. “Nó không cần các chất bổ sung hữu cơ hay nhiều sự chăm sóc. Nó phát triển tốt với nước và một viên vitamin.”
Ahring cho biết phương pháp này kết hợp tiền xử lý và nâng cấp sinh học để giải quyết các hạn chế chính trong các hệ thống xử lý bùn thải thành năng lượng hiện tại.
“Phương pháp này không chỉ tăng hiệu suất chuyển hóa carbon và sản lượng methane mà còn cho phép sản xuất trực tiếp khí tự nhiên tái tạo chất lượng đường ống với lượng CO2 thấp – giải quyết hai hạn chế lớn của các hệ thống xử lý bùn thải thành năng lượng hiện tại trong một phương pháp có thể mở rộng,” Ahring cho biết. “Bằng cách thành công kết nối tiền xử lý tiên tiến với nâng cấp khí sinh học sinh học, nghiên cứu này cung cấp một mô hình mới, tích hợp cho xử lý bùn thải bền vững, tối đa hóa việc khai thác năng lượng đồng thời đóng góp vào nền kinh tế sinh học vòng tuần hoàn.” Các nhà nghiên cứu cho biết họ đang hợp tác với Văn phòng Đổi mới và Kinh doanh của Đại học Bang Washington và đã cấp bằng sáng chế cho chủng vi khuẩn. Họ cũng đang hợp tác với một đối tác công nghiệp để phát triển dự án quy mô lớn hơn.
chia sẽ trên Twitter: Đại học Washington biến bùn thải thành khí tự nhiên
