Para saintis di Nanyang Technological University, Singapura (NTU Singapura), telah membangunkan kaedah berkuasa solar yang inovatif untuk mengubah enapcemar kumbahan -- oleh hasil daripada rawatan air kumbahan -- ke dalam hidrogen hijau untuk tenaga bersih dan protein sel tunggal untuk makanan haiwan.
Diterbitkan dalamAir Alam, kaedah enap cemar dan bahan api menangani dua cabaran global yang menekan: menguruskan sisa dan menjana sumber yang mampan. Ini sejajar dengan matlamat NTU untuk menangani cabaran terbesar, seperti perubahan iklim dan kemampanan.
Pertubuhan Bangsa -Bangsa Bersatu menganggarkan bahawa sekitar 2.5 bilion orang akan tinggal di bandar -bandar pada tahun 2050. Bersama -sama dengan pertumbuhan bandar dan industri datang peningkatan enapcemar kumbahan, yang sangat sukar untuk diproses dan dilupuskan kerana struktur, komposisi, dan bahan cemar yang kompleks seperti logam berat dan patogen.
Menurut Un-Habitat, lebih daripada 100 juta tan enapcemar kumbahan dijana secara global setiap tahun, jumlah yang meningkat setiap tahun. Walau bagaimanapun, kaedah pelupusan biasa -- seperti pembakaran atau tapak pelupusan -- adalah memakan masa, tenaga, dan menyumbang kepada pencemaran alam sekitar.
Untuk menangani masalah yang tidak diingini dan sukar untuk merawat enapcemar kumbahan, para penyelidik NTU mencipta proses bertenaga solar tiga langkah yang mengintegrasikan teknik mekanikal, kimia, dan biologi.
Ujian bukti-konsep mendedahkan bahawa proses pasukan NTU lebih cekap daripada teknik konvensional seperti pencernaan anaerobik -- di mana bakteria memecahkan sisa organik untuk menghasilkan biogas dan sisa kaya nutrien. Ia pulih dengan lebih banyak sumber, sepenuhnya menghilangkan bahan pencemar logam berat, mempunyai jejak alam sekitar yang lebih kecil, dan menawarkan kelayakan ekonomi yang lebih baik.
Profesor Madya Penyelidik Lead Li Hong dari Sekolah Kejuruteraan Mekanikal dan Aeroangkasa NTU (MAE) dan Institut Penyelidikan Tenaga berkata, "Kaedah kami mengubah sisa menjadi sumber yang berharga, mengurangkan kerosakan alam sekitar sambil mewujudkan tenaga yang boleh diperbaharui dan makanan yang mampan.
Penyelidik bersama Profesor Zhou Yan dari Sekolah Kejuruteraan Awam dan Alam Sekitar NTU (CEE) dan Institut Penyelidikan Alam Sekitar dan Nanyang (Newri) berkata, "Proses berkuasa solar kita menunjukkan bagaimana kita dapat menangani pelbagai cabaran yang menangani dan mengintegrasikannya dengan cara yang bersih. Kekurangan, menawarkan strategi lestari baru dalam pengurusan air sisa. "
Proses tiga langkah NTU
Proses ini bermula secara mekanikal memecahkan enapcemar kumbahan. Rawatan kimia memisahkan logam berat berbahaya dari bahan organik, termasuk protein dan karbohidrat.
Seterusnya, proses elektrokimia berkuasa solar menggunakan elektrod khusus untuk mengubah bahan organik menjadi produk berharga, seperti asid asetik -- bahan utama untuk industri makanan dan farmaseutikal -- dan gas hidrogen, sumber tenaga bersih.
Akhirnya, Bacte yang diaktifkan cahayariadiperkenalkan kepada aliran cecair yang diproses. Bakteria ini menukar nutrien menjadi protein sel tunggal yang sesuai untuk makanan haiwan.
Mesra alam, kos efektif dan berskala
Ujian makmal menunjukkan kaedah baru pulih 91.4 peratus daripada karbon organik dalam enapcemar kumbahan dan menukarkan 63 peratus karbon organik ke dalam protein sel tunggal tanpa menghasilkan produk sampingan yang berbahaya. Sebagai perbandingan, pencernaan anaerobik tradisional biasanya pulih dan menukarkan sekitar 50 peratus bahan organik dalam enapcemar kumbahan.
Proses berkuasa solar mencapai kecekapan tenaga sebanyak 10 peratus, menghasilkan sehingga 13 liter hidrogen sejam menggunakan cahaya matahari, iaitu sekitar 10 peratus lebih cekap tenaga daripada kaedah penjanaan hidrogen konvensional.
Proses NTU mengurangkan pelepasan karbon sebanyak 99.5 peratus dan penggunaan tenaga sebanyak 99.3 peratus berbanding dengan kaedah tradisional. Ia juga menghapuskan logam berat yang berbahaya dari enapcemar, yang sebaliknya akan dilupuskan tanpa rawatan yang betul, menjadikan proses pilihan mesra alam.
Penulis pertama, Dr Zhao Hu, Fellow Penyelidik di Sekolah Mae, berkata, "Kami berharap kaedah yang dicadangkan kami menunjukkan daya maju menguruskan sisa secara mampan dan beralih bagaimana enapcemar kumbahan dirasakan -- dari sisa kepada sumber yang berharga yang menyokong tenaga bersih dan pengeluaran makanan yang mampan."
Pasukan penyelidikan NTU menambah bahawa walaupun proses yang baru dibangunkan adalah menjanjikan, lebih banyak kajian diperlukan untuk menentukan sama ada ia dapat ditingkatkan. Cabaran utama ialah kos menggunakan proses elektrokimia untuk memecahkan bahan organik sepenuhnya dan mengekstrak semua logam berat dari sisa. Di samping itu, mereka bentuk sistem yang kompleks untuk kemudahan rawatan air sisa menambah kesukaran.