Dążąc do dodatniego bilansu energetycznego oczyszczania ścieków przy użyciu aktualnej technologii
Podczas gdy znaczna część europejskiego przemysłu oczyszczania ścieków zwiększa swoją efektywność energetyczną i stopniowo dąży do osiągnięcia neutralności energetycznej – sytuacji, w której oczyszczanie będzie generowało dokładnie taką samą ilość energii, jaką zużywa, badania wskazują, że poprzeczkę można zawiesić znacznie wyżej. Wynika z nich fakt, że przetwarzanie ścieków w oczyszczalniach mogłoby już teraz stanowić nowe źródło energii odnawialnej bez uszczerbku dla wydajności procesu. W rzeczywistości obliczono, że całkowita ilość potencjalnej energii chemicznej znajdującej się w ściekach komunalnych w całej Europie wynosi około 87 500 GWh rocznie. Finansowany przez UE projekt POWERSTEP (Full scale demonstration of energy positive sewage treatment plant concepts towards market penetration) ma na celu zademonstrowanie możliwości urzeczywistnienia koncepcji oczyszczalni ścieków z dodatnim bilansem energetycznym bez konieczności wykorzystywania jakichkolwiek zewnętrznych odnawialnych źródeł energii, wykorzystując wyłącznie energię osadów. Ogólna koncepcja projektu POWERSTEP może zostać zrealizowana w oparciu o wnioski i rezultaty sześciu pełnowymiarowych studiów przypadków, w ramach których analizowano poszczególne kluczowe etapy procesu w czterech krajach. Zaangażowanie partnerów branżowych pozwoliło także na przeprowadzenie demonstracji na szeroką skalę, torując tym samym drogę do szybkiego wprowadzenia rozwiązania na rynek i wspierając plany biznesowe dostawców technologii biorących udział w projekcie. Integracja technologii Projekt POWERSTEP został opracowany z myślą o integracji różnych ocen poszczególnych technologii opracowanych w ramach studiów przypadków powstałych przed rozpoczęciem projektu. Umożliwiło to naukowcom usprawnienie całych procesów, takich jak między innymi modelowanie i projektowanie schematów oczyszczania, zarządzanie energią i ciepłem, ograniczanie śladu węglowego oraz wprowadzenie zintegrowanych opcji projektowych. Kluczowym pierwszym etapem koncepcji oczyszczalni ścieków opracowanej w ramach projektu POWERSTEP, umożliwiającym uzyskanie neutralności energetycznej lub nawet dodatniego bilansu energetycznego jest ekstrakcja węgla. Wydobycie osadów ściekowych bogatych w węgiel (z możliwością wydobycia na poziomie 80 % przy zastosowaniu technologii POWERSTEP) pozwala na znaczne zwiększenie wydajności wytwarzania biogazu. W celu opracowania ulepszonych metod oczyszczania zespół skoncentrował się na badaniu ulepszonych i usprawnionych metod usuwania węgla (filtracji wstępnej), innowacyjnych procesów usuwania azotu (takich jak m.in. zaawansowana kontrola, deamonifikacja strumienia głównego, reaktor rzęsy wodnej), przekształcania energii w gaz (uszlachetnianie biogazu) z wykorzystaniem inteligentnego podejścia do sieci, koncepcji przekształcania ciepła w energię (odzyskiwania ciepła w celu wytwarzania energii elektrycznej w elektrociepłowniach, parowego obieg Rankine’a, koncepcji magazynowania ciepła) oraz innowacyjnych technologii uzdatniania wody procesowej (takich jak azotowanie oraz membranowy system usuwania amoniaku). Jak wyjaśnia dr Christian Loderer: „W całej UE samowystarczalność w zakresie energii wytwarzanej ze ścieków – produkcji biogazu w celu wytwarzania energii elektrycznej – jest na bardzo zróżnicowanym poziomie. W niektórych krajach, takich jak Holandia czy Niemcy, widzimy wysoką samowystarczalność, jednak z wyjątkiem bardzo rzadkich przypadków mało która oczyszczalnia osiąga pełną neutralność energetyczną. W innych krajach, w szczególności w krajach Europy Wschodniej obserwujemy bardzo niski poziom samowystarczalności, a także marnowanie 50-80 % potencjału energetycznego ścieków”. Podkreśla to fakt, że istnieje wiele barier, które należy pokonać. Jednym z nich jest fakt, że biogaz uzyskany w wyniku oczyszczania ścieków nie jest jeszcze uznawany za wysokiej jakości odnawialne źródło energii w porównaniu z biogazem wytwarzanym z upraw energetycznych. Dzieje się tak nawet pomimo istnienia wielu negatywnych skutków ubocznych wytwarzania biogazu z upraw energetycznych, takich jak tworzenie monokultur kukurydzy, nadmierne stosowanie nawozów i uwalnianie składników pokarmowych do środowiska wodnego. Biogaz wytwarzany z osadów ściekowych nie ma tych negatywnych skutków ubocznych. Przyczynianie się do rozwoju gospodarki obiegowej Projekt POWERSTEP, prezentując praktyczne przykłady najlepszych sposobów produkcji energii odnawialnej ze ścieków znacząco przyczynia się do wysiłków UE na rzecz wprowadzania gospodarki obiegowej, kierując się ambicją zrównoważonego rozwoju społeczeństwa, gospodarki i środowiska. Niedawno fakt ten podkreślił Dominique Ristori, Dyrektor Generalny Dyrekcji Generalnej ds. Energii przy Komisji Europejskiej, który określił projekt POWERSTEP mianem „bardzo ważnego kroku jeśli weźmiemy pod uwagę priorytety Unii Energetycznej”. Ponadto z racji tego, że koszty energii elektrycznej potrzebnej do oczyszczania ścieków wynoszą około 2 mld EUR rocznie, oszczędności wynikające z wdrożenia projektu mogą być bardzo znaczące. Dr Loderer uważa, że gdyby gminy stosowały podejście opracowane w ramach projektu POWERSTEP, obywatele UE odnieśliby również bezpośrednie korzyści w postaci niższych rachunków za dostawy energii elektrycznej. „Neutralne energetycznie oczyszczalnie ścieków to nie jest już tylko mrzonka – udowodniliśmy, że jest to obecnie absolutnie możliwe przy zastosowaniu dostępnych na rynku najnowocześniejszych technologii”, twierdzi dr Loderer. Dzięki oczyszczalni ścieków Altenrhein w Szwajcarii, wyposażonej w pełnowymiarową jednostkę odzysku azotu, która została szczegółowo zbadana przez jednego z partnerów projektu POWERSTEP, spółkę EAWAG, wzrasta rozmach całego przedsięwzięcia. Patrząc w przyszłość dr Loderer dodaje, że „Osiągnięcie oczyszczania ścieków o dodatnim bilansie energetycznym wynoszącym nawet do ok. 140-170 %, jest również możliwe, ale wymaga jeszcze dodatkowych prac nad zapewnieniem niezawodności technologii i opłacalności ekonomiczną, aby umożliwić wprowadzenie na rynek systemów na pełną skalę”. W najbliższym czasie, w celu zaprezentowania dowodów na to, że technologia opracowana w ramach projektu POWERSTEP sprawdza się zarówno na małą, jak i na dużą skalę, zespół prowadzi negocjacje z kluczowymi partnerami branżowymi projektu na temat tego, jak stworzyć sieć małych oczyszczalni ścieków, które częściowo wdrożą podejście POWERSTEP.
Słowa kluczowe
POWERSTEP, ścieki, oczyszczalnie, gospodarka obiegowa, energia odnawialna, produkcja energii elektrycznej, biogaz, zrównoważony rozwój
