Il trattamento delle acque reflue municipali in Europa consuma l'equivalente energetico di circa due centrali elettriche all'anno, ma potrebbe effettivamente generare l'energia di 12. Il progetto POWERSTEP, finanziato dall'UE, dimostra come rendere questo più di un sogno irrealizzabile.

Sebbene gran parte dell'industria europea del trattamento delle acque reflue, con efficienze energetiche incrementali, sta cercando di raggiungere la neutralità energetica – dove il trattamento genera la stessa quantità di energia che consuma – la ricerca indica che il livello di ambizione potrebbe essere molto più alto.

Gli studi indicano che il trattamento delle acque reflue negli impianti di trattamento potrebbe già offrire una nuova fonte di energia rinnovabile, senza compromettere le prestazioni. Infatti, è stato calcolato che l'energia chimica potenziale contenuta nelle acque reflue urbane europee è di circa 87 500 GWh all'anno.

Il progetto POWERSTEP (Full scale dimostrazioni di concetti di impianto di trattamento delle acque reflue positivo verso la penetrazione del mercato), finanziato dall'UE, si proponeva di mostrare come è possibile realizzare impianti di trattamento delle acque reflue a energia positiva senza altre fonti energetiche rinnovabili esterne, utilizzando solo la forza dei fanghi.

Il concetto generale POWERSTEP potrebbe essere raggiunto, attingendo alle lezioni di sei casi di studio su vasta scala, sparsi in quattro paesi, di ogni passaggio essenziale del processo. Beneficiando del coinvolgimento di partner del settore, il progetto è stato in grado di passare a dimostrazioni su larga scala, aprendo la strada a un rapido lancio sul mercato e supportando i piani aziendali dei fornitori di tecnologia partecipanti.

Integrare le tecnologie

POWERSTEP è stato creato per integrare le varie valutazioni tecnologiche individuali sviluppate nei casi di studio precedenti al progetto. Ciò ha consentito ai ricercatori di semplificare interi processi come la modellazione e la progettazione di schemi di trattamento, gestione globale dell'energia e del calore, stampa del piede di carbonio e opzioni di progettazione integrate.

La prima fase chiave del concetto di impianto di trattamento delle acque reflue POWERSTEP per consentire la neutralità energetica, o anche energia-positività, è l'estrazione del carbonio. L'estrazione di fanghi ricchi di carbonio (con un tasso di estrazione dell'80% possibile utilizzando la tecnologia POWERSTEP) consente un forte aumento della produzione di biogas.

In termini di migliori metodi di trattamento a tal fine, il team ha studiato l'estrazione del carbonio potenziata (prefiltrazione), processi innovativi di rimozione dell'azoto (come il controllo avanzato, deammonificazione mainstream, reattore a lenticchie d'acqua), power-to-gas (potenziamenti a biogas) con un approccio smart grid, concetti heat-to-power (recupero termoelettrico in impianti di cogenerazione, ciclo di rankine del vapore, concetti di accumulo di calore) e trattamento innovativo delle acque di processo (nitritazione, strippaggio dell'ammoniaca della membrana).

Come spiega il dottor Christian Loderer, "In tutta l'UE, l'autoapprovvigionamento energetico delle acque reflue, ovvero la produzione di biogas per la produzione di elettricità, è a livelli molto diversi. In alcuni paesi come i Paesi Bassi e la Germania, l'autoapprovvigionamento è elevato ma non raggiunge la neutralità energetica del 100% (tranne in pochissimi casi). Altri paesi, soprattutto nell'Europa dell'Est, hanno un autoapprovvigionamento molto basso, manca il 50-80 per cento del potenziale energetico delle loro acque reflue".

Ciò evidenzia il fatto che ci sono una serie di ostacoli da superare. Uno è che il biogas da trattamento delle acque non è attualmente ancora accettato come energia rinnovabile di qualità, rispetto al biogas da colture energetiche. Questo nonostante gli effetti collaterali negativi del biogas da colture come la creazione di monocolture di mais, eccessiva applicazione di fertilizzanti e rilascio di nutrienti nell'ambiente acquatico. Al contrario, Il biogas da fanghi di depurazione non ha questi effetti collaterali negativi.

Contribuire all'economia circolare

POWERSTEP, con i suoi esempi pratici di come produrre al meglio energia rinnovabile dalle acque reflue, contribuisce in modo significativo agli sforzi dell'UE verso la transizione verso l'economia circolare, guidati da ambizioni per la sostenibilità in tutta la società, l'economia e l'ambiente. Questo fatto è stato recentemente sottolineato dal Direttore Generale della DG Energia della Commissione Europea, Dominique Ristori, che ha descritto POWERSTEP come, "estremamente ben posizionato se si considerano le priorità dell'Unione dell'energia".

Per di più, con l'elettricità per far funzionare gli impianti di trattamento che costa circa 2 miliardi di euro all'anno, il risparmio potrebbe essere pronunciato. Il Dr. Loderer sostiene che se i comuni dovessero seguire l'approccio POWERSTEP, Anche i cittadini dell'UE trarrebbero vantaggio diretto dalla riduzione delle bollette energetiche.

"Il trattamento delle acque reflue energeticamente neutro non è più illusorio, abbiamo dimostrato che è assolutamente possibile ora con le tecnologie all'avanguardia disponibili in commercio, " come afferma il Dr. Loderer. E con l'impianto di trattamento delle acque reflue di Altenrhein in Svizzera ora dotato di un'unità di recupero dell'azoto su vasta scala, che era stato studiato in dettaglio dal partner POWERSTEP EAWAG, lo slancio sta letteralmente crescendo.

Guardando al futuro, il Dr. Loderer aggiunge che, "Trattamento energetico positivo, fino al 140-170 percento, è anche possibile, ma richiede ancora più lavoro sull'affidabilità della tecnologia e sulla redditività economica, per l'implementazione di sistemi su vasta scala".

Nell'immediato, come prova del concetto che mostra che la tecnologia funziona sia per la piccola che per la grande scala, il team sta discutendo con i principali partner industriali del progetto su come stabilire una rete di piccoli impianti di trattamento delle acque reflue che implementeranno in parte gli approcci POWERSTEP.