Il laboratorio di tecnologia dell'acqua e dell'ambiente dell'Università di Aalto emana un innegabile odore di fogna e questo fetore ha le sue radici in un'impresa di riciclaggio fallita nell'Africa occidentale.

Mentre lavorava in Ghana tre anni fa, il ricercatore postdottorato Surendra Pradhan ha dovuto riconoscere che la sua attività sulle acque reflue aveva poco senso.

"Il riciclaggio è sempre encomiabile, ma raramente economicamente sostenibile. Abbiamo lanciato diversi progetti solo per scoprire che era sorprendentemente difficile vendere il nostro prodotto. L'agricoltore medio non utilizzava il compost e c'erano pochi acquirenti per i liquami contenenti in particolare rifiuti umani. Alla fine sono giunto alla conclusione che l'opzione più sensata fosse quella di produrre qualcosa per cui esistesse già un mercato".

Sfuggire a un ciclo insensato

Pradhan iniziò a fare ricerche sulla materia e scoprì che il modo migliore per utilizzare l'azoto delle acque reflue era recuperarlo sotto forma di solfato di ammonio, che viene utilizzato nei fertilizzanti e non contiene residui chimici e farmaceutici che sono spesso presenti nei liquami. Come bonus, lo stesso processo può recuperare un altro agente di eutrofizzazione, fosforo, che fino ad ora ha, come l'azoto, per lo più è stato un problema che gli impianti di trattamento delle acque reflue devono rimuovere.

Tradizionalmente, l'azoto fertilizzante necessario per il solfato di ammonio è stato realizzato con il metodo Haber-Bosch, un processo sviluppato da scienziati tedeschi cento anni fa che converte l'azoto atmosferico in ammoniaca. Il processo richiede alte temperature e pressioni, ed è quindi piuttosto un ghiotto di energia:la produzione di fertilizzanti azotati rappresenta circa il due per cento del consumo energetico globale.

Pradhan e i suoi colleghi ricercatori della Aalto University hanno sviluppato un metodo di cattura dei nutrienti che conduce le acque reflue in un reattore dove il suo valore di pH viene aumentato con l'idrossido di calcio in modo che l'azoto ammoniacale dell'acqua venga convertito in ammoniaca gassosa. Per la sua parte, l'ammoniaca viene separata tramite una membrana semipermeabile dopo di che viene sciolta in acido solforico per creare solfato di ammonio. Il fosforo nell'acqua viene precipitato con sali di calcio e può essere utilizzato come fertilizzante.

"Come il calcio, accanto a azoto e fosforo, il nutriente più importante richiesto per la coltivazione di colture nel suolo acido della Finlandia, l'uso di sostanze derivate dal calcio per elevare i livelli di pH non aumenta i costi perché finisce per essere parte del prodotto finale, " afferma la ricercatrice post-dottorato Anna Mikola.

I test del metodo sono iniziati con una versione in contenitore più piccolo e ora sono passati a un reattore leggermente più grande. I risultati sono promettenti. Gli esperimenti sono riusciti a separare fino al 99% dell'azoto e il 90-99% del fosforo nelle urine, anche se il metodo consuma notevolmente meno energia e sostanze chimiche rispetto al processo di trattamento delle acque reflue di nitrificazione-denitrificazione comunemente impiegato.

"In esso l'azoto, il cui recupero in forma di fertilizzante consuma un'enorme quantità di energia, è perso al vento. Il processo rappresenta anche la parte del leone dell'energia necessaria per la purificazione dell'acqua. Il nostro obiettivo è sfuggire a questo ciclo insensato, "dice Mikola.

Dal piccolo container al rimorchio e un pilota

È in corso di elaborazione una domanda di brevetto per il metodo, ma c'è ancora molta strada da fare prima che venga adottato nell'uso industriale. Il professor Riku Vahala afferma che il team preferisce fare piccoli passi in avanti piuttosto che sbattere contro un muro a tutta velocità.

"Troppo spesso grandi aspettative portano a un salto diretto dal laboratorio alla fabbrica, che divora tutti i soldi ed erode la fiducia nell'intera tecnologia. Stiamo procedendo prima da una piccola scala per container a un'applicazione delle dimensioni di un rimorchio e, se tutto va bene, saremo pronti a costruire una struttura dimostrativa tra due anni".

Prima di questo, i ricercatori devono scoprire come, Per esempio, il metodo funziona con vari tipi di acque reflue:i tipi prodotti dalle famiglie, impianti di biogas e, dire, i porti turistici sono radicalmente diversi, Dopotutto. I prossimi esperimenti saranno condotti sull'acqua di scarto creata in concomitanza con l'essiccazione dei fanghi presso la camera di digestione dei fanghi dell'impianto di trattamento delle acque reflue di Viikinmäki dell'autorità per i servizi ambientali della regione di Helsinki, nonché presso gli impianti di biogas di Gasum.

L'enorme importanza del trattamento dell'acqua si aggiunge alla sfida.

"Quando si affronta un problema che ha un impatto sull'ambiente e sulla salute umana, le parti coinvolte non vogliono correre rischi e preferiscono invece utilizzare vecchi metodi familiari, anche se sono più costosi e meno efficaci, "Vahala riassume.

Rimane aperto anche il modo in cui il metodo sarà integrato con l'operatività presso le strutture. La tendenza dell'industria è quella di concentrarsi strettamente sul core business e, di conseguenza, il trattamento delle acque reflue è stato spesso esternalizzato. Inoltre, molti impianti di trattamento delle acque reflue municipali hanno trasferito la responsabilità dell'ulteriore trattamento dei fanghi a società esterne. Pradhan, Mikola e Vahala credono che, una volta che la tecnologia è finita, il modo migliore per introdurlo nel modo più ampio possibile è tramite terze parti.

"Non ha senso che ogni grande o piccolo impianto di trattamento dei rifiuti diventi anche un venditore di fertilizzanti. Sarebbe molto più saggio per una o più aziende commercializzare la nostra tecnologia, operazioni e anche il prodotto finale che produce, "Mikola calcola.

Buono per il Mar Baltico

Il metodo ha altri impatti ambientali positivi oltre al risparmio energetico. I ricercatori stimano che il recupero di nutrienti dalle acque reflue comunitarie consente la sostituzione del 6% dell'azoto ammoniacale prodotto industrialmente e del 10% del fosforo utilizzato come fertilizzante. Attualmente, il fosforo fertilizzante viene estratto dalle miniere, che minacciano di esaurirsi nel prossimo secolo a meno che la ripresa non diventi più efficiente. Presso le strutture di trattamento, però, il fosforo finisce nei fanghi, che viene utilizzato principalmente come mezzo di crescita per erba e banchine stradali perché le normative sulla produzione alimentare e le preoccupazioni sull'immagine ne ostacolano l'utilizzo come nutriente per le colture.

Un recupero efficace ed economicamente interessante andrebbe anche a vantaggio del Mar Baltico e di altri sistemi idrici in Finlandia. La rimozione del fosforo dalle acque reflue comunitarie è in buone condizioni in Finlandia, ma quando si tratta di azoto, le differenze tra le strutture di trattamento e le località sono grandi. Per la maggior parte, La legislazione finlandese impone l'obbligo di effettuare una maggiore rimozione dell'azoto solo nelle zone costiere sensibili all'azoto, anche se i nutrienti possono percorrere grandi distanze per eutrofizzare il Mar Baltico. La capacità di rimozione dell'azoto degli impianti di trattamento delle acque reflue può anche diminuire di tanto in tanto a causa di picchi di acque reflue molto potenti provenienti dagli impianti di biogas.

"Abbiamo anche partecipato a vari progetti di conservazione del Mar Baltico, che hanno rivelato che alcuni impianti di biogas negli Stati baltici, L'Europa orientale e la Bielorussia rilasciano acque reflue non trattate nei corsi d'acqua da dove scorrono a valle nel Mar Baltico, "dice Mikola infelice.

Gli interessi economici e la crescita della consapevolezza ambientale fanno ben sperare per il potenziale di esportazione del metodo. Vahala osserva che anche l'emergere di un mercato per il loro prodotto dipende fortemente dalla legislazione.

"Se e quando emergerà, vogliamo essere preparati e stringere i denti per andare avanti".