Mobiel laboratorium onthult dat rioolwaterzuiveringsinstallaties twee keer zoveel broeikasgassen uitstoten als officieel geschat

Onderzoekers van Princeton Engineering hebben ontdekt dat afvalwaterzuiveringsinstallaties ongeveer twee keer zoveel broeikasgassen uitstoten als eerder werd gedacht. Dit blijkt uit metingen die zijn uitgevoerd met een mobiel laboratorium in verschillende installaties door het hele land.

In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Nature Water, melden onderzoekers onder leiding van professoren Mark Zondlo en Z. Jason Ren, in samenwerking met professor Francesca Hopkins van UC-Riverside, dat rioolwaterinstallaties gezamenlijk 1,9 keer zoveel stikstofoxide en 2,4 keer zoveel methaan produceren als geschat door het Milieuagentschap.

Volgens de nieuwe metingen dragen afvalwaterinstallaties bij aan 2,5% van de methaanemissies en 8,1% van de stikstofoxide-emissies in de Verenigde Staten. Zowel methaan als stikstofoxide zijn krachtige broeikasgassen, verantwoordelijk voor ongeveer 22% van de opwarming van de aarde sinds 1850, aldus de onderzoekers.

Het goede nieuws is dat veel van de emissies afkomstig zijn van een klein aantal afvalwaterinstallaties. Dit betekent dat verbeteringen aan relatief weinig installaties een grote impact kunnen hebben op de totale vervuiling.

Zondlo, professor in de civiele techniek en milieutechniek, benadrukte het belang van broeikasgasemissies van afvalwatersystemen, die een cruciale rol spelen in de volksgezondheid en het milieu. “We willen schoon water,” zei Zondlo. “Maar er is een andere kant aan het verhaal, en luchtvervuiling heeft niet dezelfde aandacht gekregen als water.”

Om deze metingen uit te voeren, gebruikte het team een mobiel laboratorium genaamd het “Princeton Atmospheric Chemistry Experiment” – een elektrisch voertuig uitgerust met lasersystemen en commerciële gas- en meteorologische sensoren.

Het Princeton-team nam directe metingen af van 96 afvalwaterinstallaties die samen 9% van het Amerikaanse afvalwater behandelen. Afgestudeerde studenten Daniel Moore en Nathan Li hebben het mobiele laboratorium elk kwartaal van de oostkust naar Californië gereden en hebben de emissies van de installaties elk seizoen gedurende een periode van 14 maanden gemonitord.

Om metingen vast te leggen, reed het team met het mobiele laboratorium op openbare wegen rond de perimeters van de installaties en registreerde de vrijkomende gaswolken. In het algemeen reed het team ongeveer 10 keer voorbij een installatie om een monster te verzamelen, en ze hebben veel installaties meerdere keren onder verschillende weersomstandigheden en tijdstippen bemonsterd.

De individuele emissies werden per installatie geanalyseerd om zowel de emissies op sectorniveau in kaart te brengen als inzicht te krijgen in de werking van elke installatie. Gegevens van elke faciliteit werden anoniem gerapporteerd, aangezien het doel van de studie niet was om openbaar te rapporteren over een specifieke installatie, maar om trends in de sector als geheel vast te leggen.

“We wilden begrijpen hoe de situatie in de echte wereld is, niet alleen onder ideale omstandigheden,” zei Moore.

Afvalwaterinstallaties vertrouwen meestal op microben om afval te verwerken als onderdeel van het reinigingsproces, waarbij de microben verschillende gassen zoals methaan en stikstofoxide als bijproducten produceren. Vanwege de complexiteit van de samenstelling van afvalwater variëren de behandelingsmethoden en operationele strategieën tussen de installaties, wat leidt tot verschillende biologische reacties en grote variaties in de broeikasgasemissies.

Andere factoren spelen ook een rol. Hevige regenval kan de inhoud van het riool beïnvloeden, en temperatuur en seizoen kunnen de emissies beïnvloeden. “Een keer werden we uitgenodigd in een faciliteit en vonden we hoge concentraties stikstofoxide rond een beluchtingstank. Een week later was er niets,” zei Moore.

De onvoorspelbare aard van de emissies van afvalwaterinstallaties bemoeilijkt het inschatten van de nationale emissieniveaus, zeiden de onderzoekers. Zondlo merkte op dat eerdere schattingen gebaseerd waren op goede wetenschap, maar dat veel daarvan rustte op zeer kleine delen van een zeer klein aantal installaties die naar nationaal niveau werden geëxtrapoleerd.

De meeste afvalwaterinstallaties in de VS worden beheerd door gemeenten of lokale overheden. Ren, professor in de civiele techniek en het Andlinger Center for Energy and the Environment, merkte op dat er niet veel informatie beschikbaar is om plantoperators te begeleiden.

“Ze weten dat ze emissies hebben. In veel gevallen weten ze niet hoe hoog deze zijn,” zei Ren. “De meeste nutsbedrijven zijn gefocust op het waarborgen van schoon water. Luchtvervuiling heeft niet hun hoogste prioriteit gehad, hoewel velen steeds meer geïnteresseerd raken in een beter begrip hiervan.”

Zondlo voegde toe dat de volgende stap naar het minimaliseren van emissies zou zijn om samen te werken met plantoperators om een beter inzicht te krijgen in wat er binnen de afvalwaterinstallaties gebeurt. Aangezien de meeste installaties groot en relatief complex zijn, is het waarschijnlijk dat bepaalde processen of behandelingen meer gas uitstoten dan andere. Onderhoud en de leeftijd van de apparatuur kunnen ook een rol spelen.

“Als we meer informatie over de installaties kunnen krijgen, kunnen we het gemakkelijker maken om inzicht te krijgen in zowel de luchtvervuiling als het water,” zei hij.

Ren merkte op dat het beheersen van emissies ook een financiële prikkel voor nutsbedrijven kan opleveren. Als er een economische manier is om methaan of stikstofgas te herwinnen, kan dit een inkomstenbron worden voor de afvalwateroperators. “Methaan is bijvoorbeeld een broeikasgas en het is niet goed voor het milieu. Maar het is ook een waardevolle hernieuwbare energiebron,” zei hij.