Wissenschaftler der Nanyang Technological University in Singapur (NTU Singapur) haben ein innovatives solarbetriebenes Verfahren entwickelt, um Klärschlamm – ein Nebenprodukt der Abwasserbehandlung – in grünen Wasserstoff für saubere Energie und Einzellerproteine für Tierfutter umzuwandeln.
Das in Nature Water veröffentlichte Verfahren zur Umwandlung von Klärschlamm in Nahrungsmittel und Kraftstoff geht zwei dringende globale Herausforderungen an: Abfallbewirtschaftung und Erzeugung nachhaltiger Ressourcen. Dies steht im Einklang mit dem Ziel der NTU, die größten Herausforderungen der Menschheit wie Klimawandel und Nachhaltigkeit anzugehen.
Die Vereinten Nationen schätzen, dass bis 2050 etwa 2,5 Milliarden mehr Menschen in Städten leben werden. [1] Mit dem Wachstum der Städte und Industrien geht auch eine Zunahme des Klärschlamms einher, der aufgrund seiner komplexen Struktur und Zusammensetzung sowie Schadstoffen wie Schwermetallen und Krankheitserregern bekanntermaßen schwer zu verarbeiten und zu entsorgen ist.
Laut UN-Habitat fallen weltweit jedes Jahr mehr als 100 Millionen Tonnen Klärschlamm an, eine Menge, die jährlich steigt. [2] Gängige Entsorgungsmethoden – wie Verbrennung oder Deponierung – sind jedoch zeitaufwendig, energieineffizient und tragen zur Umweltverschmutzung bei. Um das Problem des unerwünschten und schwer zu behandelnden Klärschlamms zu lösen, entwickelten NTU-Forscher ein dreistufiges solarbetriebenes Verfahren , das mechanische, chemische und biologische Techniken integriert. Proof-of-Concept-Tests zeigten, dass das Verfahren des NTU-Teams effizienter ist als konventionelle Techniken wie die anaerobe Vergärung – bei der Bakterien organische Abfälle zu Biogas und nährstoffreichen Rückständen zersetzen. Es gewinnt deutlich mehr Ressourcen zurück, entfernt Schwermetallverunreinigungen vollständig, hat einen geringeren ökologischen Fußabdruck und ist wirtschaftlich rentabler.
Der leitende Forscher Associate Professor Li Hong von der School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) der NTU und dem Energy Research Institute @ NTU (ERI@N) sagte: „Unsere Methode wandelt Abfälle in wertvolle Ressourcen um, reduziert Umweltschäden und erzeugt gleichzeitig erneuerbare Energie und nachhaltige Lebensmittel. Dies ist ein Beispiel für die Kreislaufwirtschaft und trägt zu einer grüneren Zukunft bei.“ Co-Leitender Forscher: Professor Zhou Yan von der School of Civil and Environmental Engineering (CEE) der NTU und dem Nanyang Environment and Water Research Institute (NEWRI).
Der dreistufige Prozess der NTU
Der Prozess beginnt mit dem mechanischen Abbau des Klärschlamms. Eine chemische Behandlung trennt schädliche Schwermetalle von organischen Materialien wie Eiweißen und Kohlenhydraten.
Anschließend werden in einem solarbetriebenen elektrochemischen Prozess spezielle Elektroden verwendet, um die organischen Materialien in wertvolle Produkte wie Essigsäure – eine wichtige Zutat für die Nahrungsmittel- und Pharmaindustrie – und Wasserstoffgas, eine saubere Energiequelle, umzuwandeln.
Schließlich werden dem verarbeiteten Flüssigkeitsstrom lichtaktivierte Bakterien hinzugefügt. Diese Bakterien wandeln Nährstoffe in als Tierfutter geeignetes Einzellerprotein um.
Umweltfreundlich, kostengünstig und skalierbar.
Labortests haben gezeigt, dass die neue Methode 91,4 Prozent des organischen Kohlenstoffs im Klärschlamm zurückgewinnt und 63 Prozent des organischen Kohlenstoffs in Einzellerprotein umwandelt , ohne dass schädliche Nebenprodukte entstehen. Im Vergleich dazu werden bei der herkömmlichen anaeroben Vergärung typischerweise etwa 50 Prozent der organischen Materialien im Klärschlamm zurückgewonnen und umgewandelt.
Das solarbetriebene Verfahren erreicht eine Energieeffizienz von 10 Prozent und erzeugt mithilfe von Sonnenlicht bis zu 13 Liter Wasserstoff pro Stunde. Damit ist es etwa 10 Prozent energieeffizienter als die herkömmlichen Methoden zur Wasserstofferzeugung.
Das NTU-Verfahren verringert die Kohlenstoffemissionen um 99,5 Prozent und den Energieverbrauch um 99,3 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Methoden. Es entfernt auch schädliche Schwermetalle aus dem Schlamm, die sonst ohne ordnungsgemäße Behandlung entsorgt würden, was das Verfahren zu einer umweltfreundlichen Wahl macht.
Artikel mit dem Titel „Solar-driven sewage sludge electroreforming“ veröffentlicht in Nature Water, Ausgabe November 2024
https://doi.org/10.1038/s44221-024-00329-z
