Jedno od najdragocenijih đubriva čovečanstva nestaje.
Fosfor, koji danas uglavnom dolazi iz neobnovljivih rezervi fosfatnih stena, obično se nalazi u tokovima komunalnog otpada. U najboljim slučajevima, postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda izdvajaju oko 90% tog fosfora u „mulj“ i razlažu taj mulj u nešto poznato kao digestat. Inženjeri se nadaju da će uspostaviti održiviji ciklus za ponovnu upotrebu fosfora, ali toksična jedinjenja u digestatu ograničavaju mogućnost da se on reciklira kao đubrivo — teško je povratiti fosfor iz čvrstog otpada poput digestata.
„Postojeće tehnologije za obnavljanje fosfora uglavnom ciljaju na tečnost“, rekao je Džen (Džejson) He, profesor Laura i Vilijam Džens na Odseku za energetiku, životnu sredinu i hemijsko inženjerstvo na Školi inženjerstva McKelvei na Univerzitetu Vašington u Sent Luisu. „Mulj sadrži mnogo više fosfora u poređenju sa tečnošću. Kako to da povratimo?“
Njegova laboratorija razvija tehnologije za vraćanje resursa poput fosfora iz otpadnih voda. Nedavno je tim istraživao korišćenjem elektrohemijskih uređaja – osnovnog sistema koji radi unutar baterija – da bi podelio molekule vode i izvukao čvrsti, upotrebljivi fosfor iz digestata. Bio je to prvi pokušaj da se istovremeno ukloni i povrati fosfor iz čvrstog komunalnog otpada bez dodavanja hemikalija. I ispunio je svoj cilj sa iznenađujućom efikasnošću.
„Fosfor je jedinjenje od velikog interesa jer je ograničen resurs“, rekao je on. „Potencijalno možete uštedeti mnogo novca.“
Tim, koji je takođe uključivao doktorskog kandidata Zikuan Vang-a i studenta Darana Ananda, objavio je detalje svog eksperimenta na mreži 26. juna u Environmental Science & Technologi.
U posebnom preglednom radu objavljenom ranije ove godine u Critical Revievs in Environmental Science and Technologi , He, Vang i Fubin Liu, još jedan doktorant u laboratoriji, analizirali su načine na koje elektrohemijski uređaji mogu da uklone fosfor. Ovo „ispiranje“ se dešava kada električna struja koja teče kroz anodnu stranu elektrode zakiseli mulj koji ga okružuje.
Ali samo ispiranje ne rešava širi problem: „Za uklanjanje, trošite mnogo vremena i novca i na kraju ih i dalje bacate“, rekao je on. „Možemo li ga oporaviti umesto toga?“ Primetio je priliku da kombinuje uklanjanje i oporavak u jednom elektrohemijskom uređaju.
Ideja je bila da postoje dve komore koje rade na različitim pH. Mulj ulazi u anodnu komoru, u kojoj struja odvaja fosfat u tečni rastvor. Tim je preneo tečnost bogatu fosforom u manje kiselu katodnu komoru. I ovde, slobodno plutajući fosfati, kalcijum i gvožđe iz prvobitnog mulja treba da se kombinuju u beličaste čvrste materije koje se talože na dno.
Da bi testirao njihov prototip, He-ov tim je nabavio pravi digestat iz postrojenja za prečišćavanje otpadnih voda reke Misuri u Sent Luisu. Nakon što su se bavili električnom strujom, identifikovali su uslove u kojima je uređaj ispirao fosfor sa preko 93% efikasnosti i taložio približno 99% u čvrsti oblik. Tokom 42 ciklusa, uređaj je u proseku imao skoro 80% efikasnosti u obnavljanju fosfora.
Lepota, za He, je u tome što je uklanjanje energije na anodi isto što i obnavljanje energije na katodi; jednostavna membrana izoluje jedinstveno okruženje u komorama. „To je jedan elektron koji se kreće sa jedne na drugu stranu, ista količina struje je za obavljanje dva posla“, rekao je on.
Obično, mulj otpadnih voda je 93% do 99% vode – skup višak težine. Samo to čini uređaj tima velikim korakom u odnosu na postojeće operacije, koje takođe često sadrže toksične teške metale i patogene.
„Imate solidan. To olakšava transport stvari,“ rekao je.
Krajnji proizvodi za žetvu imaju sadržaj fosfora koji je jednak visokokvalitetnom fosfatnom kamenu. „Možete da primenite direktno, ili ih možete koristiti kao sirovinu za proizvodnju đubriva“, rekao je on. Čvrste materije bi se mogle direktno hraniti u postojeće industrijske operacije dizajnirane da pretvore fosfatne stene u đubrivo.
Sada, On zamišlja da ovo odnese izvan laboratorijske klupe.
„Prelazak odavde do pilot skale do pune skale, to će uključivati mnogo inženjeringa“, rekao je on, dodajući da će potrošnja energije verovatno biti najveća prepreka.
Ipak, dovoljno je optimista da očekuje više aplikacija nego samo tretiranje ljudskog otpada, zahvaljujući resursu koji je lako dostupan.
„Na Srednjem zapadu ima mnogo kravljeg đubriva i svinjskog otpada. Dakle, tamo ima mnogo hranljivih materija“, rekao je on. „Stvarno vidim da ovo ide dalje od komunalnih otpadnih voda.“
