Un sistema sviluppato da TreaTech, spin-off dell'EPFL, può trasformare i fanghi provenienti dagli impianti di trattamento delle acque reflue in sali minerali, che potrebbero essere utilizzati nei fertilizzanti, per esempio – e il biogas. La ricerca dello studio è finanziata da diversi enti del settore pubblico e privato, e ora è in costruzione un impianto pilota su larga scala. Il sistema è programmato per essere installato in un impianto di trattamento delle acque reflue nel 2022.

Gli impianti di trattamento delle acque reflue producono un effluente comunemente noto come fanghi. Gli operatori dell'impianto in precedenza smaltivano questi fanghi direttamente come fertilizzante, ma ciò è stato reso illegale in Svizzera poco più di dieci anni fa a causa della crescente concentrazione di inquinanti presenti negli effluenti. Di conseguenza, il fango viene solitamente essiccato in pani e bruciato, portando con sé migliaia di tonnellate di fosforo ogni anno. Questo è importante perché il fosforo è un composto essenziale in diversi processi biologici, compresa la fotosintesi, ma fino ad ora non esisteva un metodo fattibile per riciclare il fosforo negli effluenti. Gli ingegneri del Laboratorio di elaborazione sostenibile e catalitica dell'EPFL hanno progettato un sistema in grado di recuperare il fosforo, il cui mercato è stimato a 33 miliardi di franchi. Il sistema è stato sviluppato da TreaTech, una società scorporata dal laboratorio. Il sistema TreaTech può anche produrre biogas dagli effluenti grazie alla tecnologia, chiamata gassificazione termica, sviluppato presso l'Istituto Paul Scherrer.

Per ridurre i costi di trasporto, i fanghi che sono il 95% di acqua vengono prima disidratati dagli impianti di acque reflue, richiedendo a sua volta una grande quantità di energia che ha un suo costo. Il residuo viene poi incenerito altrove. "Il nostro sistema può recuperare i fanghi direttamente dagli impianti di trattamento delle acque reflue senza alcuna essiccazione o altra lavorazione preliminare necessaria, "dice Frédéric Juillard, CEO di TreaTech. Nel suo sistema, il flusso effluente viene immesso in un ad alta pressione, separatore ad alta temperatura (> 22,1 MPa e 400°C) dove il fluido entra in uno stato supercritico (cioè, tra liquido e gas). Che abbassa nettamente la solubilità del fosforo e dei sali minerali nel fluido, facendoli cristallizzare in solidi che possono essere facilmente recuperati. "Oltre il 90 per cento del fosforo può essere recuperato, " sottolinea l'amministratore delegato.

Conversione di quasi il 100% della materia organica in biogas

Alcuni impianti di trattamento delle acque reflue dispongono già di sistemi per il riciclaggio dei fanghi in biogas. "Ma i biodigestori che usano attualmente possono convertire solo il 40-50 percento della materia organica, "dice Gael Peng, co-fondatore e CTO di TreaTech. Il digestato rimanente viene essiccato e trasportato agli impianti di incenerimento. Ciò genera costi notevoli e richiede molta energia. "Il trattamento e lo smaltimento dei fanghi rappresentano circa il 40% dei costi operativi totali di un impianto di trattamento delle acque reflue, " aggiunge Peng. Juillard ha quindi voluto incorporare la tecnologia per la generazione di biogas nel suo sistema, al fine di aiutare i gestori degli impianti a ridurre i costi e aumentare i tassi di conversione.

Ha trascorso diversi mesi a studiare diverse tecnologie sviluppate in tutto il mondo, ma ha trovato la soluzione a meno di 200 km dall'EPFL, all'Istituto Paul Scherrer. Gli scienziati stavano lavorando a un nuovo tipo di reattore che utilizza il rutenio come catalizzatore e che può raggiungere un tasso di conversione di quasi il 100% in biogas che può essere utilizzato per produrre calore o elettricità, o anche come biocarburante. L'acqua risultante è priva di tossicità e può essere reimmessa direttamente nei sistemi idrici municipali.

Cosa c'è di più, la tecnologia degli scienziati consente inoltre di risparmiare una notevole quantità di tempo:i loro reattori possono trasformare i fanghi in biogas in soli 20 minuti, mentre i biodigestori esistenti richiedono circa 30 giorni. Ciò può anche risparmiare spazio negli impianti di trattamento delle acque reflue e non lascia rifiuti.

Test su larga scala

La ricerca di TreaTech è supportata dall'Istituto Paul Scherrer e dall'Ufficio federale dell'energia. L'azienda ha testato con successo un prototipo e ora sta costruendo una versione su larga scala. Prevede di installare il suo sistema in un impianto di trattamento delle acque reflue nel 2022, giusto in tempo per aiutare i gestori degli impianti a conformarsi alle nuove normative sul riciclaggio del fosforo che potrebbero entrare in vigore in Svizzera nel 2026. Imponendo alle aziende di riciclare il fosforo, il governo svizzero spera di evitare i costi ei rischi ambientali dell'importazione della sostanza chimica.

Ora che TreaTech ha testato con successo il suo prototipo, sta realizzando un impianto pilota 100 volte più grande e in grado di trattare 100 kg/h di fanghi. La ricerca dell'azienda è sostenuta dall'Ufficio federale dell'energia e ha ottenuto un finanziamento di 4,4 milioni di franchi da un partenariato pubblico-privato. L'impianto pilota dovrebbe essere completato entro la fine dell'anno, e il sistema è programmato per essere installato in un impianto di trattamento delle acque reflue nel 2022, con la capacità di trattare 3 tonnellate di fanghi all'ora.

Il prossimo passo sarà adattare il sistema per l'uso in altre applicazioni, come per il trattamento delle acque reflue industriali, acque reflue da impianti di desalinizzazione o residui di biomassa.