Il trattamento delle acque reflue, una spina dorsale poco attraente della vita urbana, potrebbe offrire un modo conveniente per combattere il cambiamento climatico espellendo i gas serra dall'atmosfera.

In un articolo che analizza diversi possibili approcci tecnici nella rivista Sostenibilità della natura il 18 dicembre 2018, i ricercatori della Princeton University hanno concluso che gli impianti fognari che servono i comuni di tutto il mondo offrono un'opzione importante per catturare l'anidride carbonica e altri gas serra. Pur avvertendo che sono necessari ricerca e sviluppo prima che i sistemi possano essere implementati, il team ha identificato diversi percorsi potenzialmente praticabili per utilizzare le acque reflue come pozzo di carbonio, ovvero gli impianti di fognatura potrebbero pulire l'atmosfera mentre puliscono l'acqua.

"L'industria dell'acqua potrebbe svolgere un ruolo importante nella lotta ai cambiamenti climatici, ", ha affermato l'autore senior Jason Ren, professore di ingegneria civile e ambientale e l'Andlinger Center for Energy and the Environment. "È un'idea molto eccitante perché le persone pensano sempre all'energia o ai trasporti, ma l'acqua non è stata considerata un fattore importante nella riduzione del carbonio".

Gli impianti fognari sono enormi operazioni industriali che utilizzano una varietà di tecniche per rimuovere gli inquinanti prima che le acque reflue ritornino nell'ambiente. Sebbene la maggior parte delle persone non pensi mai ai sistemi, il volume d'acqua è sbalorditivo. New York, Per esempio, gestisce 14 impianti fognari e processa 1,3 miliardi di galloni di acqua al giorno (abbastanza per riempire circa 22, 000 piscine olimpioniche.)

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno proposto metodi per utilizzare quelle acque reflue per catturare abbastanza carbonio per compensare la quantità generata per alimentare le attrezzature pesanti utilizzate per far funzionare gli impianti fognari. Hanno scoperto che alcune tecniche non solo consentirebbero agli impianti di bilanciare le proprie emissioni (la pulizia dell'acqua richiede un notevole dispendio energetico), potrebbero anche assorbire il carbonio extra che gli operatori hanno pompato nelle acque reflue mentre si spostavano attraverso gli impianti.

"Se lo consideri una risorsa, potresti convertire parte del materiale di scarto inclusa la CO2 in prodotti, "Ren ha detto. "Si potrebbe effettivamente fare soldi."

In genere, gli operatori utilizzerebbero tubi per pompare gas di anidride carbonica nelle acque fognarie degli impianti. Avrebbero quindi usato una varietà di tecniche per convertire il gas in minerali di carbonato, biocarburanti o un fertilizzante a base di fanghi chiamato biochar.

I ricercatori hanno esaminato una serie di tecniche, tra cui:

Cattura microbica del carbonio elettrolitico

Questa tecnica utilizza una combinazione di batteri e una bassa carica elettrica per modificare l'alcalinità dell'acqua e, con l'aggiunta di silicati, convertire l'anidride carbonica in carbonato solido e bicarbonato. Oltre ai solidi, che può essere utilizzato dall'industria, il processo crea grandi quantità di gas idrogeno. I ricercatori hanno notato che questa tecnica è attualmente utilizzata in laboratorio ed è necessario ulteriore lavoro per dimostrare se è economica e applicabile a livello industriale.

Elettrosintesi microbica

L'elettrosintesi microbica è simile alla tecnica elettrolitica microbica tranne per il fatto che il processo si basa sui batteri per catturare direttamente l'anidride carbonica e convertirla in altri composti organici come l'etanolo o l'acido formico. I ricercatori hanno notato che la tecnologia è promettente, ma sono necessarie importanti scoperte per sviluppare completamente il processo.

Coltivazione di microalghe

La coltivazione di microalghe potrebbe essere utilizzata come complemento ad altri processi. Alghe e batteri utilizzano l'anidride carbonica, azoto e fosforo nelle acque reflue per crescere. Gli operatori quindi raccolgono le alghe, che può essere utilizzato come mangime per animali, per il trattamento del suolo o nella produzione di biocarburanti. I ricercatori hanno affermato che il lavoro sta andando avanti per identificare le migliori comunità microbiche locali, bioreattori piccoli e intensivi, ed efficienti tecniche per la separazione di solidi e liquidi.

Produzione di biochar

Questo metodo converte i fanghi delle acque reflue e le microalghe in materiale che migliora la capacità del suolo di trattenere acqua e sostanze nutritive. La tecnica, che rimuove gli agenti patogeni, è solitamente autosufficiente dal punto di vista energetico, sebbene la maggior parte del biochar sia ora prodotto da piante secche. I ricercatori hanno affermato che l'utilizzo di fanghi di acque reflue per produrre biochar potrebbe richiedere più energia o ulteriori passaggi per tenere conto del contenuto di acqua aggiuntivo.

Ren ha detto che in molte località, gli impianti fognari sono già situati vicino a strutture industriali che emettono grandi quantità di anidride carbonica come centrali elettriche, cementifici e raffinerie. Ha detto che l'utilizzo dei sistemi fognari per catturare il carbonio potrebbe fornire un ritorno economico a queste aziende sotto forma di crediti di carbonio. Ha anche affermato che la tecnica potrebbe essere utilizzata da industrie che già gestiscono i propri sistemi di trattamento delle acque reflue come produttori di petrolio e gas, birrai, e distillatori. Nell'analizzare i potenziali benefici ambientali ed economici di tale operazione, hanno scoperto che milioni di tonnellate di CO2 potrebbero essere catturate e utilizzate, mentre miliardi di dollari di entrate potrebbero essere generati sia negli Stati Uniti che in Cina, i due maggiori emettitori di CO2 al mondo.

I ricercatori hanno avvertito che mentre molte tecniche sono promettenti, "il concetto è ancora nella sua infanzia." Hanno detto che il pieno utilizzo della tecnologia richiederà il lavoro non solo di scienziati, ma anche regolatori, investitori e industria.

Jerald Schnoor, un professore di ingegneria presso l'Università dell'Iowa, ha affermato che i leader nazionali dovrebbero considerare il trattamento delle acque reflue come parte degli sforzi per ridurre l'impronta di carbonio del paese nei prossimi decenni.

"Il trattamento delle acque reflue è uno dei maggiori utilizzatori di energia ed emettitori di gas serra di un foglio di calcolo municipale, "disse Schnoor, che non è stato coinvolto in questa ricerca. "Le tecnologie esistono su scala pilota per raggiungere zero emissioni di carbonio e di energia, ma al momento non è stato dimostrato che siano scalabili o convenienti. Mentre il paese ora intraprende iniziative di "infrastrutture verdi", come discusso dal nuovo Congresso, questa dovrebbe essere una priorità assoluta".