Generowanie nowych produktów ze ścieków
Nasze odpady mają duży niewykorzystany potencjał. W ostatnich latach technologie oczyszczania ścieków znacząco się rozwinęły, umożliwiając ograniczenie wpływu na środowisko oraz transformację sektora w kierunku większego zrównoważenia. Jednak skuteczność odzyskiwania zasobów z odpadów jest wciąż ograniczona. „Problemem nie jest brak technologii, ale suma kilku czynników”, mówi David Gabriel Buguña z Uniwersytetu Autonomicznego w Barcelonie. „Projekt RECYCLES pokazuje, że istnieją już skuteczne rozwiązania biologiczne i cyfrowe, a kilka z nich zostało zweryfikowanych w skali pilotażowej. Prawdziwe przeszkody związane są z dojrzałością technologii oraz czynnikami ekonomicznymi, regulacyjnymi i organizacyjnymi”, wyjaśnia badacz. W ramach projektu RECYCLES(odnośnik otworzy się w nowym oknie), który został zrealizowany przy wsparciu z działań „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), Buguña i jego współpracownicy opracowali nowe technologie bioreaktorów, które wykorzystują cykle węgla, azotu i siarki oraz odzyskują produkty z odpadów ciekłych i gazowych.
Opracowywanie nowych konfiguracji bioreaktorów
Zespół projektu RECYCLES opracował i przetestował w skali laboratoryjnej kilka innowacyjnych systemów, w tym reaktory do usuwania związków siarki i azotu, osiągając skuteczność usuwania azotanów na poziomie 90% oraz niemal 100% w zakresie utleniania siarczków. Jednocześnie badacze zaprojektowali sekwencyjny reaktor wsadowy (ang. sequencing batch reactor, SBR) z granulowanym osadem do częściowej nitryfikacji, selektywnie wzbogacając bakterie utleniające amoniak i osiągając współczynniki akumulacji azotynów powyżej 70%. Trzecia linia bioreaktorów powstała z myślą o produkcji polihydroksyalkanianów (PHA) – prekursorów biotworzyw. Reaktory SBR umożliwiły ekstrakcję do 82% zawartości polimerów wewnątrzkomórkowych, co dowodzi ich skuteczności w odzyskiwaniu produktów o wysokiej wartości z ścieków. „Aby wspierać i analizować rozwój tych bioreaktorów, zastosowaliśmy zaawansowane narzędzia monitoringu mikrobiologicznego i biologii molekularnej, w tym metabarcording oraz sekwencjonowanie całych genomów”, mówi Buguña. Pozwoliło to badaczom powiązać wydajność reaktora z ekologią drobnoustrojów i ostatecznie zaprojektować i ocenić pełne plany oczyszczania dla dwóch rzeczywistych studiów przypadków przemysłowych. Na podstawie wyników laboratoryjnych opracowano pilotażowy prototyp dla oczyszczalni ścieków Cuoiodepur w Toskanii, łączący fermentację beztlenową z odsiarczaniem biogazu. „Ten system, testowany przez kilka miesięcy w warunkach rzeczywistych, potwierdza wykonalność jednej z nowych koncepcji bioreaktora opracowanych w ramach projektu RECYCLES, mającej na celu odzyskiwanie zasobów w środowiskach przemysłowych”, zauważa Buguña.
Wspomaganie decyzji za pomocą zaawansowanych technologii
Jak podkreśla Buguña, wyniki projektu RECYCLES mają istotne znaczenie, a dwa rozwiązania w szczególności mogą przynieść korzyści w najbliższej przyszłości. Pierwszym z nich jest narzędzie wspomagające podejmowanie decyzji (ang. decision support tool, DST), które integruje modelowanie procesów w całym zakładzie, ocenę środowiskową cyklu życia, kalkulację kosztów cyklu życia oraz podejmowanie decyzji w oparciu o wiele kryteriów w jednej, przejrzystej strukturze. „Narzędzie to zostało w pełni rozwinięte, zatwierdzone i zastosowane w rzeczywistych studiach przypadków przemysłowych, umożliwiając porównanie złożonych konfiguracji oczyszczania pod względem technicznym, środowiskowym i ekonomicznym”, dodaje Buguña. Drugim ważnym osiągnięciem jest demonstracja w skali pilotażowej beztlenowej biopłuczki gazowej, która niemal całkowicie usunęła siarkowodór z biogazu, zwiększając jego potencjał. „Oba te rozwiązania – DST oraz beztlenowa biospłuczka gazowa – ilustrują podwójny wkład projektu RECYCLES: cyfrowe narzędzie wspierające optymalne projektowanie i podejmowanie decyzji w przemyśle oraz zweryfikowane, skalowalne rozwiązanie biotechnologiczne, które zamyka obiegi materiałowe i wspiera przejście do gospodarki o obiegu zamkniętym”, wyjaśnia Buguña.
Wspieranie Europy w przechodzeniu na gospodarkę o obiegu zamkniętym
Wyniki projektu wspierają proces przechodzenia Europy na gospodarkę o obiegu zamkniętym, pokazując, w jaki sposób procesy biologiczne mogą przekształcać strumienie odpadów w cenne zasoby, jednocześnie zmniejszając zależność od chemikaliów i energochłonnych procesów. „Kilku partnerów rozważa możliwość realizacji powiązanych projektów i współpracy przemysłowej, wskazując wyraźną ścieżkę do wdrożenia i dalszego skalowania w najbliższej przyszłości”, mówi Buguña.
