De Klimaatkosten van Waterzuivering Begrijpen

Overzicht van behandelingsconfiguraties.

Elke jaar reinigen de Amerikaanse afvalwaterzuiveringsinstallaties triljoenen gallons water, van wat we doorspoelen in het toilet tot wat er in de gootsteen wegloopt.

In een nieuwe studie, geleid door onderzoekers van Northwestern University en de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign, werd data geanalyseerd van meer dan 15.000 afvalwaterzuiveringsinstallaties om de verborgen klimaatkosten binnen al deze reiniging te begrijpen. De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Water, schat dat Amerikaanse afvalwaterzuiveringsinstallaties jaarlijks de equivalente hoeveelheid van ongeveer 47 miljoen metrische ton koolstofdioxide (CO2) uitstoten. Van deze emissies spelen twee broeikasgassen, methaan en lachgas, een grotere rol dan voorheen werd begrepen, met een overschrijding van de huidige overheidsramingen met 41%.

“Om het zo duidelijk te zien, hoe methaan- en lachgasemissies de dominante spelers zijn, was behoorlijk opvallend,” zei Jennifer Dunn van Northwestern, de senior auteur van de studie. Dunn is professor in chemische en biologische engineering aan de McCormick School of Engineering van Northwestern en directeur van het Center for Engineering Sustainability and Resilience.

Een beter begrip van de bijdrage van afvalwaterzuivering aan klimaatverandering zal helpen om te pinpointen waar de inspanningen voor decarbonisatie het meest effectief kunnen zijn, volgens Dunn. “We vonden dat er relatief eenvoudige mogelijkheden zijn om de broeikasgasemissies van afvalwaterzuiveringsinstallaties te verminderen,” zei ze. “We hebben ook geconstateerd dat er behoefte is aan de ontwikkeling van nieuwe technologieën om deze verminderingen nog verder te duwen.”

De kosten van het reinigen meten

Om de volledige klimaatkosten van afvalwaterzuivering in kaart te brengen, telden de onderzoekers niet alleen de emissies van het behandelingsproces van elke installatie, maar ook die van de productie van de energie en chemicaliën die de installaties nodig hebben om te functioneren, en van de afvoer van vast afval na de behandeling.

Ze ontdekten dat methaan en lachgas, krachtige broeikasgassen die voortkomen uit de processen die installaties gebruiken om afvalwater te reinigen, de grootste bijdragers waren. Methaan was goed voor 41% van de totale emissies, de equivalente hoeveelheid van 16 miljoen metrische ton CO2. Lachgas maakte 24% uit, wat overeenkomt met 12 miljoen metrische ton CO2.

Methaan: het vuile geheim van slib

Bij behandelingsinstallaties ondergaan afvalwater en de daarin aanwezige vaste stoffen meerdere verwerkingsfasen om ze schoon genoeg te maken om terug te keren naar het milieu. Een veelvoorkomende manier waarop installaties vaste stoffen uit afvalwater, ofwel slib, afbreken, is door middel van anaerobe vergisting. Binnen een anaerobe vergister voeden micro-organismen zich met afval en creëren ze biogas, waarvan de meerderheid uit methaan bestaat.

“Het probleem met anaerobe vergisters is dat ze kunnen lekken, en sommige anaerobe vergisters lekken veel,” zei Dunn. Inderdaad, terwijl behandelingsinstallaties biogas als een hernieuwbare energiebron kunnen gebruiken, kunnen de methaanemissies de klimaatvoordelen overschrijden. Maar het goede nieuws, aldus Dunn, is dat een lek kan worden verholpen. “Het is iets dat aan te pakken is,” zei ze. “Dus dat is een voorbeeld van een kans die we onmiddellijk zagen.”

Een behoefte aan innovatie

Voordat afvalwater schoon genoeg is om weer in oppervlakte- of grondwater te worden vrijgegeven, moeten behandelingsinstallaties vaak overtollig stikstof verwijderen, wat anders kan leiden tot een toename van algengroei en een afname van zuurstof in het water, wat schadelijk is voor het aquatische leven.

Om stikstof uit afvalwater te verwijderen, gebruiken veel installaties een proces dat nitrificatie-denitrificatie wordt genoemd. Onderweg komt er lachgas—een krachtig broeikasgas—en onschadelijk stikstof in de lucht vrij. Ondertussen halen andere technologieën stikstof uit de lucht voor gebruik in producten zoals meststoffen. Deze technologieën zijn vaak energie-intensief, dus het ontwikkelen van een manier om stikstof direct uit afvalwater te oogsten, zou energie en emissies kunnen besparen.

“Als we gewoon kunnen voorkomen dat die stikstof weer in de lucht komt en het gebruiken terwijl we het hebben om een product zoals diervoeder of meststof te maken, dan bewegen we naar een circulaire stikstofeconomie,” zei Dunn.

Wat komt er nu?

De onderzoekers werken momenteel samen met afvalwaterzuiveringsinstallaties om meer gedetailleerde gegevens te verzamelen en een open-source modelleringstool te verfijnen die installaties kunnen gebruiken om hun emissies te begrijpen. “Veel gemeenten hebben klimaatacties plannen, en ze willen dingen doen om hun broeikasgasemissies te verminderen,” zei Dunn. “Een van onze hoop was dat deze studie behandelingsinstallaties zou helpen.” Hoewel hun analyse alleen Amerikaanse installaties omvatte, kunnen hun methoden werken voor elke installatie met de juiste gegevens, zei ze.

Met een wereldbevolking die blijft groeien en de publieke sanitaire voorzieningen die meer mensen dan ooit bedienen, zal de decarbonisatie van afvalwaterzuivering wereldwijd belangrijk zijn voor het bereiken van klimaatdoelen. “Het is een substantiële sector, en het heeft aandacht nodig,” aldus Dunn.