Проєкт KoalAplan: Революційні можливості перетворення стічних вод
Проєкт KoalAplan Інституту Фраунгофера відкриває революційні можливості перетворення стічних вод на цінні ресурси, такі як амоній, водень та полігідроксіалканоати (PHA), біорозкладні біопластики. Цей міждисциплінарний проєкт, реалізований у рамках біорефінерійного підходу, демонструє, що очистка муніципальних стічних вод може перейти від простої утилізації до технологічного циклу максимальної утилізації ресурсів із одночасним внеском у кліматичну нейтральність.
Технологічні інновації
Стандартні очисні споруди зазвичай перетворюють азот в газоподібний азот за допомогою біологічного процесу денітрифікації, при цьому органічна вуглецева складова витрачається мікроорганізмами, а пари азоту втрачаються в атмосферу. У KoalAplan запропоновано відмовитись від класичного біологічного видалення азоту, зосереджуючись на його поверненні у вигляді амонію для подальшого використання як цінного азотного добрива. Такий підхід дозволяє зберегти значну частину органічного вуглецю, який зазвичай шкідливо для навколишнього середовища продукує СО2 та осідає у вигляді надлишкового осаду.
Дослідний полігон у Штутгарті
Проєкт впроваджується на дослідному полігоні у Штутгарті-Бюснау, що представляє пілотну біорефінерію, яка переробляє міські стічні води з метою видобутку:
- Амонію, який може застосовуватися як ефективне і екологічно чисте азотне добриво для сільського господарства.
- Водню — чистого енергоносія, що виробляється через мікробну електролізну технологію з використанням доступних органічних сполук стічних вод. Це перспективний шлях заміщення викопних джерел палива у контексті кліматичних викликів.
- Полігідроксіалканоатів (PHA), які є бактеріальними полімерними біопластиками, що потенційно замінюють нафтохімічні пластики. Вони є біорозкладними та мають широкий спектр застосування в пакувальній, медичній та аграрній промисловості.
Технологічні досягнення
Основним технологічним ноу-хау стало створення нового реактора для ферментативної конверсії органічної складової — осаду, зібраного з осаджених твердих часток стічних вод, у багатий на органічні кислоти гідролізат. Цей гідролізат містить леткі жирні кислоти (volatile fatty acids — VFA), із яких спеціально підібрані мікроорганізми — Cupriavidus necator виявилися найстійкішими і найефективнішими у продукуванні PHA.
Важливим досягненням стало розроблення перфузійного процесу з утриманням клітин, що дозволяє мінімізувати токсичний вплив органічних кислот на бактерії та підвищити вихід продукту. У цьому процесі близько 97% вуглецю, що надходить у систему, перетворюється у високоякісний PHA, що є рекордним показником для біотехнологій даного класу.
Ключові переваги проєкту KoalAplan
- Збереження органічного вуглецю в циклі як сировини для нових матеріалів, що значно скорочує викиди парникових газів у порівнянні з класичними методами аерації і біодеградації.
- Відмова від повного біологічного видалення азоту у вигляді газового азоту, що зменшує втрати азоту і відкриває можливість отримання амонію як внеску в циркулярну економіку добрив.
- Виробництво водню як чистого джерела енергії на базі біологічних реакцій, що потенційно замінить викопне паливо у локальних енергетичних системах.
- Виробництво полігідроксіалканоатів, які є перспективною альтернативою традиційним пластикам із нафтопродуктів, сприяючи біорозкладності і зниженню забруднення навколишнього середовища.
- Інтеграція біотехнологічних рішень та інженерних процесів на пілотному рівні з кінцевою метою масштабування.
Цей проєкт є яскравим прикладом переходу від традиційного споживання ресурсів — до кругової, біоекономічної моделі. Такий підхід сприяє досягненню цілей Європейського Союзу та ФРН щодо кліматичної нейтральності, раціонального використання води та ресурсів, а також зниженню негативного впливу на довкілля.
Фінансування та співпраця
Фінансування KoalAplan здійснюється Міністерством охорони навколишнього середовища, захисту клімату та енергетики землі Баден-Вюртемберг, а також Європейським фондом регіонального розвитку (ERDF). Участь у проекті беруть провідні наукові установи, зокрема Інститут міжфазової інженерії й біотехнології Фраунгофера (Fraunhofer IGB), Інститут досліджень DVGW при Карлсруе, Технологічний університет Гамбурга, а також Університет Штутгарта та Університет технологій Клауcталь.
Перспективи промислового застосування
Перспективи промислового застосування технологій KoalAplan є надзвичайно широкими. Вже у найближчі роки пілотні установки можуть бути інтегровані у міські системи очистки стічних вод, що дозволить суттєво зменшити витрати на енергетику та зменшити утворення небезпечних відходів, а також сприятиме розвитку біоіндустрії на місцевому рівні.
Для аграрного сектору це означатиме появу екологічних альтернатив мінеральним азотним добривам, що знизить викиди парникових газів та ризики забруднення ґрунтів. Водночас виробництво водню з міських відходів веде до нових можливостей для децентралізованої енергетики і впровадження «зеленої» інфраструктури.
Впровадження біополімерів
Ще одним важливим аспектом KoalAplan є просування біополімерів у повсякденне життя. Завдяки використанню полігідроксіалканоатів у виробництві упаковки, медичних виробів та дрібної техніки користувачі отримують продукцію, що швидко розкладається в природних умовах і не накопичується у вигляді пластифікованого сміття.
Дослідження та розвиток
Наразі проект працює у дослідному режимі з 2021 до 2024 року, демонструючи перспективні результати масштабованості та ефективності процесів. Додаткові дослідження плануються для оптимізації мікробних культур, вдосконалення реакторів та інтеграції з іншими біоекономічними ланками для комплексної утилізації органічних речовин із стічних вод.
Проєкт KoalAplan яскраво ілюструє, як інновації у сфері біотехнологій у поєднанні з інженерними рішеннями можуть сприяти сталому розвитку, раціональному використанню водних ресурсів і зменшенню екологічного сліду сучасних міст. Його результати стануть важливим кроком на шляху до екологічно чистих і високотехнологічних міських інфраструктур.
ШВИДКА НАВІГАЦІЯ
Можливість стежити за новинами у більш стислому форматі в Facebook або Telegram повернутися на головну сторінку