Ingenieurs combineren 'rocket-science' met waterzuiveringstechnologie

In het slib van bij het waterzuiveringsproces in een waterzuiveringsinstallatie bevindt zich een hele wereld aan micro-organismen en bacteriën. Deze micro-organismen en bacteriën zetten de vaste en vloeibare afvalstoffen om in verschillende gassen. Bepaalde van deze gassen zijn broeikasgassen en dragen dus bij tot de klimaatverandering op aarde. Nu zijn 2 ingenieurs van Stanford University bezig met de ontwikkeling van een nieuw proces om het rioolwater te zuiveren. Maar bij dit nieuwe proces wordt er distikstof(mon)oxide (N2O) ofwel lachgas en methaangas (CH4) geproduceerd. Deze gassen zouden bij dit nieuwe proces opgevangen kunnen worden zodat deze gebruikt kunnen worden om energie te gaan produceren, die dan kan gebruikt worden door de andere installaties van het waterzuiveringsstation.

Normaal gezien wordt de vorming van deze gassen zoveel mogelijk vermeden of beperkt omwille van het nadelig effect wanneer deze in de atmosfeer terecht komen. Maar door de vorming van het lachgas te bemoedigen kan het schadelijk stikstofgas dat in het water aanwezig zeer efficiënt verwijderd worden. Tijdens het proces dat de vorming van het lachgas bevordert, komt er ook een grotere hoeveelheid methaangas vrij dan normaal. En methaangas is een reeds veel gebruikte brandstof. Het opgevangen lachgas kan ook gebruikt worden als brandstof. Momenteel wordt dit nog niet erg veel gedaan, behalve dan bij raketten en dergelijke.

De technologie die ontwikkeld is voor de het aandrijven van de raketten met lachgas wordt nu aangepast zodat deze gebruikt kan worden voor energieproductie in het waterzuiveringsstation. Het ultieme doel is om het volledige zuiveringsproces CO2-neutraal te maken. Op deze manier wordt de kost van he zuiveringsproces lager, is er geen uitstoot meer van broeikasgassen en wordt er meer energie geproduceerd.

De eerste stap in het ontwikkelingsproces was om de juiste bacterie te gaan kweken die ervoor zorgen dat het organische materiaal die aanwezig is het rioolwater omgezet wordt in lach- en methaangas. Eén manier om dit te verkrijgen is door het zuurstof aanwezig weg te nemen. Bij de conventionele waterzuiveringsinstallatie wordt juist het omgekeerde gedaan, wordt er namelijk zuurstof aangevoerd. Maar dit vraagt veel energie en zorgt dus voor een hogere kostprijs. Dus hebben de onderzoekers een omgeving gecreëerd voor de bacteriën waar er weinig zuurstof aanwezig is. In deze omgeving slagen bijna enkel de bacteriën die lachgas produceren erin te overleven. Deze bacteriën consumeren wel maar weinig van het organische afval dat aanwezig is in het rioolwater. Dit is dan wel weer goed nieuws voor de anaerobe bacteriën die wel veel organisch materiaal consumeren en deze zetten dit om in methaangas.

Er is wel een probleempje met lachgas en met methaangas, namelijk dit zijn allebei broeikasgassen. In vergelijking met CO2, is methaangas een 56 maal sterker broeikasgas en is lachgas 280 maal sterker. Dus deze gassen kunnen niet zomaar uitgestoten worden in de atmosfeer. Maar hier komt dan de raket-technologie van pas want wanneer het lachgas ontbonden wordt dan verkrijgt men stikstofgas en zuurstofgas. Tijdens deze ontbindingsreactie komt ook een grote hoeveelheid energie vrij onder de vorm van warmte. Dit is duidelijk merkbaar bij het opstijgen van raketten doordat de uiteinden onderaan dan meestal roodgloeiend zijn. Daarom wou men dit proces gaan gebruiken voor energieproductie. Om dit verder te gaan ontwikkelen heeft men gekeken naar de technologie van deze raket-motoren en deze aangepast zodat het lachgas efficiënt kan ontbonden worden in de 2 niet schadelijk gassen die wel uitgestoten kan worden in de atmosfeer. Op de afbeelding kunt u de aangepaste raketmotor zien.

Maar ook het product van de andere reactie, methaangas, kan gebruikt worden, namelijk voor de productie van energie. Deze heeft namelijk dezelfde (of nog een zuivere) samenstelling dan die van aardgas. Momenteel kent aardgas al vele toepassingen voor energieproductie zoals voor de verwarming van gebouwen of als energiebron in STEG-elektriciteitscentrale. Het wel de bedoeling dat het methaangas in het zuiveringsstation gebruikt wordt voor het aandrijven van de verschillende componenten van de installatie. Het komt er dan op neer dat een zuiveringsstation volledig zelfvoorzienend is op gebied van energie. Die zou enorm welkom zijn voor de miljoenen mensen die wonen in de verschillende ontwikkelingslanden. Voor vele van hen vormt zuiver water een groot probleem vormt. Maar deze technologie kan ook bij andere toepassingen dan waterzuivering gebruikt worden. Het is gewoonweg nog de kwestie van de verschillende mogelijkheden te gaan onderzoeken. Maar de onderzoekers zijn er momenteel van overtuigd dat deze nieuwe technologie een echte 'game-changer' zal worden.

via [news.stanford]