นักวิทยาศาสตร์ที่ Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) ได้พัฒนาวิธีการที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่เป็นนวัตกรรมเพื่อเปลี่ยนกากตะกอนน้ำเสีย -- ผลพลอยได้จากการบำบัดน้ำเสีย -- เป็นไฮโดรเจนสีเขียวสำหรับพลังงานสะอาดและโปรตีนเซลล์เดียวสำหรับอาหารสัตว์
เผยแพร่ในน้ำธรรมชาติวิธีกากตะกอนและเชื้อเพลิงจะจัดการกับความท้าทายระดับโลกที่เร่งด่วนสองประการ: การจัดการของเสียและสร้างทรัพยากรที่ยั่งยืน สิ่งนี้สอดคล้องกับเป้าหมายของ NTU ในการจัดการกับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ NTU เช่นการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและความยั่งยืน
สหประชาชาติประมาณการว่ามีผู้คนเพิ่มขึ้นประมาณ 2.5 พันล้านคนที่อาศัยอยู่ในเมืองภายในปี 2593 พร้อมกับการเติบโตของเมืองและอุตสาหกรรมเพิ่มขึ้นของกากตะกอนน้ำเสียซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะประมวลผลและกำจัดเนื่องจากโครงสร้างที่ซับซ้อนองค์ประกอบและสารปนเปื้อนเช่นโลหะหนักและโรค
จากข้อมูลของ UN-Habitat พบว่ากากตะกอนน้ำเสียมากกว่า 100 ล้านตันถูกสร้างขึ้นทั่วโลกในแต่ละปีจำนวนที่เพิ่มขึ้นทุกปี อย่างไรก็ตามวิธีการกำจัดทั่วไป -- เช่นการเผาหรือการฝังกลบ -- ใช้เวลานานการใช้พลังงาน-มีประสิทธิภาพและมีส่วนร่วมกับมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม
เพื่อแก้ไขปัญหาของการรักษากากตะกอนน้ำเสียที่ไม่พึงประสงค์และยากที่จะรักษากากตะกอนน้ำเสียนักวิจัย NTU ได้สร้างกระบวนการพลังงานแสงอาทิตย์แบบสามขั้นตอนที่รวมเทคนิคเชิงกลเคมีและชีวภาพ
การทดสอบการพิสูจน์แนวคิดพบว่ากระบวนการของทีม NTU นั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าเทคนิคทั่วไปเช่นการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน -- ซึ่งแบคทีเรียทำลายขยะอินทรีย์เพื่อผลิตก๊าซชีวภาพและสารตกค้างที่อุดมด้วยสารอาหาร มันกู้คืนทรัพยากรได้มากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญกำจัดสารปนเปื้อนโลหะหนักอย่างสมบูรณ์มีรอยเท้าด้านสิ่งแวดล้อมที่เล็กกว่าและให้ความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจที่ดีขึ้น
รองศาสตราจารย์ Li Hong จากโรงเรียนวิศวกรรมเครื่องกลและการบินและอวกาศของ NTU (MAE) และสถาบันวิจัยพลังงานกล่าวว่า "วิธีการของเราเปลี่ยนของเสียให้เป็นทรัพยากรที่มีค่าลดความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมในขณะที่สร้างพลังงานหมุนเวียนและอาหารที่ยั่งยืน
นักวิจัยร่วมชั้นนำศาสตราจารย์โจวหยานจากโรงเรียนวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมของ NTU (CEE) และสถาบันวิจัยสิ่งแวดล้อมและน้ำ Nanyang (NEWRI) กล่าวว่า "กระบวนการพลังงานแสงอาทิตย์ของเราแสดงให้เห็นว่าเราสามารถจัดการกับความท้าทายหลายอย่างในครั้งเดียว กลยุทธ์ใหม่ที่ยั่งยืนในการจัดการน้ำเสีย "
กระบวนการสามขั้นตอนของ NTU
กระบวนการเริ่มต้นด้วยการทำลายกากตะกอนน้ำเสีย การรักษาด้วยสารเคมีแยกโลหะหนักที่เป็นอันตรายจากวัสดุอินทรีย์รวมถึงโปรตีนและคาร์โบไฮเดรต
ถัดไปกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ใช้ขั้วไฟฟ้าพิเศษในการแปลงวัสดุอินทรีย์ให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีค่าเช่นกรดอะซิติก -- ส่วนประกอบสำคัญสำหรับอุตสาหกรรมอาหารและยา -- และก๊าซไฮโดรเจนแหล่งพลังงานสะอาด
ในที่สุด Bacte ที่เปิดใช้งานแสงเรียได้รับการแนะนำให้รู้จักกับกระแสของเหลวที่ผ่านการประมวลผล แบคทีเรียเหล่านี้เปลี่ยนสารอาหารเป็นโปรตีนเซลล์เดียวที่เหมาะสำหรับการให้อาหารสัตว์
เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมคุ้มค่าและปรับขนาดได้
การทดสอบในห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าวิธีการใหม่ฟื้นขึ้นมา 91.4 เปอร์เซ็นต์ของคาร์บอนอินทรีย์ในกากตะกอนน้ำเสียและแปลงคาร์บอนอินทรีย์ 63 เปอร์เซ็นต์ให้กลายเป็นโปรตีนเซลล์เดียวโดยไม่ผลิตผลพลอยได้ที่เป็นอันตราย ในการเปรียบเทียบการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนแบบดั้งเดิมมักจะกู้คืนและแปลงประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ของวัสดุอินทรีย์ในกากตะกอนน้ำเสีย
กระบวนการที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์นั้นมีประสิทธิภาพการใช้พลังงาน 10 % ทำให้เกิดไฮโดรเจนได้ถึง 13 ลิตรต่อชั่วโมงโดยใช้แสงแดดซึ่งมีประสิทธิภาพพลังงานมากกว่าวิธีการสร้างไฮโดรเจนทั่วไปประมาณ 10 %
กระบวนการ NTU ช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนได้ 99.5 เปอร์เซ็นต์และการใช้พลังงาน 99.3 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับวิธีการดั้งเดิม นอกจากนี้ยังกำจัดโลหะหนักที่เป็นอันตรายจากกากตะกอนซึ่งจะถูกกำจัดโดยไม่ต้องรักษาอย่างเหมาะสมทำให้กระบวนการเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
ผู้เขียนคนแรกดร. Zhao Hu นักวิจัยที่ School of Mae กล่าวว่า "เราหวังว่าวิธีการที่เราเสนอแสดงให้เห็นถึงความมีชีวิตของการจัดการของเสียอย่างยั่งยืนและเปลี่ยนวิธีการรับรู้ตะกอนน้ำเสีย -- จากของเสียไปเป็นทรัพยากรที่มีค่าซึ่งสนับสนุนพลังงานสะอาดและการผลิตอาหารที่ยั่งยืน"
ทีมวิจัยของ NTU กล่าวเพิ่มเติมว่าในขณะที่กระบวนการที่พัฒนาขึ้นใหม่มีแนวโน้มที่จะมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อตรวจสอบว่าสามารถปรับขนาดได้หรือไม่ ความท้าทายที่สำคัญคือค่าใช้จ่ายในการใช้กระบวนการทางเคมีไฟฟ้าเพื่อทำลายวัสดุอินทรีย์อย่างสมบูรณ์และสกัดโลหะหนักทั้งหมดจากของเสีย นอกจากนี้การออกแบบระบบที่ซับซ้อนสำหรับโรงงานบำบัดน้ำเสียช่วยเพิ่มความยากลำบาก