Sectorul apelor uzate emite aproape de două ori mai mult metan decât se credea anterior

Stațiile municipale de epurare a apelor uzate emit aproape dublu cantitate de metan în atmosferă decât credeau oamenii de știință anterior, potrivit unei noi cercetări de la Universitatea Princeton, citată de EnvirotecMag.

Una dintre cele mai mari surse de metan

„Sectorul deșeurilor este una dintre cele mai mari surse antropogenice de metan din lume”, a spus Mark Zondlo, profesor de inginerie civilă și de mediu și facultate asociată la Centrul Andlinger pentru Energie și Mediu. „Pe măsură ce orașele continuă să se urbanizeze și să dezvolte planuri net zero, ele nu pot ignora sectorul de tratare a apelor uzate lichide.”

Zondlo a condus unul dintre cele două noi studii pe acest subiect, ambele raportate în articole publicate în Environmental Science & Technology. Un studiu a efectuat măsurători la sol a emisiilor de metan la 63 de stații de tratare a apelor uzate din SUA; ceilalți au folosit metode de învățare automată pentru a analiza datele publicate din literatura de specialitate din studiile de monitorizare a metanului ale diferitelor procese de colectare și tratare a apelor uzate din întreaga lume.

„Nu mulți oameni au studiat emisiile de metan asociate cu infrastructura apelor uzate, chiar dacă știm că este un punct fierbinte pentru producția de metan”, a spus Z. Jason Ren, care a condus cel de-al doilea studiu. Este profesor de inginerie civilă și de mediu și Centrul Andlinger pentru Energie și Mediu.

Panelul Interguvernamental pentru Schimbări Climatice (IPCC) a stabilit linii directoare care permit cercetătorilor și instituțiilor precum Agenția pentru Protecția Mediului din SUA (EPA) să estimeze emisiile de metan de la stațiile de tratare a apelor uzate pe baza proceselor lor specifice de tratare. Cu toate acestea, aceste linii directoare au fost elaborate din măsurători limitate la un număr relativ mic de stații de tratare a apelor uzate.

Și când cercetătorii au folosit laboratorul mobil Princeton Atmospheric Chemistry Experiment (PACE) pentru a cuantifica emisiile la nivelul întregii fabrici prin măsurarea penelor a 63 de stații de epurare de pe coasta de est și din California, au descoperit că ghidurile IPCC au subestimat constant stațiile de epurare de toate dimensiunile. și procesele de tratare.

Dacă rezultatele acestor 63 de instalații sunt reprezentative, emisiile reale de metan de la instalațiile de tratare a apelor uzate din SUA ar fi de aproximativ 1,9 ori mai mari decât estimările de emisii care folosesc ghidurile IPCC și EPA existente, ceea ce înseamnă că acele ghiduri subestimează emisiile de metan echivalente cu 5,3 milioane de tone metrice. de dioxid de carbon.

Interesant este că echipa de cercetare care a efectuat cel de-al doilea studiu independent pentru a analiza datele din literatură despre emisiile de metan a ajuns la o concluzie similară: emisiile estimate de metan de la tratarea apelor uzate municipale din SUA au fost aproximativ dublu față de ceea ce ar prezice ghidurile existente.

„Am putut arăta, folosind două abordări diferite, că emisiile de metan sunt o problemă mult mai mare pentru sectorul apelor uzate decât se credea anterior”, a spus Ren.

Suspecții obișnuiți în emisiile de metan din apele uzate

Cercetătorii cred că, deoarece liniile directoare IPCC au fost dezvoltate din măsurători limitate la un număr mic de stații de tratare a apelor uzate, este posibil să nu reprezinte cu exactitate variația emisiilor care există între instalații.

„Orientările presupun un anumit nivel de eficiență în aceste sisteme de tratare a apelor uzate, care poate să nu existe de la o plantă la alta”, a spus Daniel Moore, primul autor al studiului de măsurare directă și student absolvent în inginerie civilă și de mediu. El a subliniat scurgerile și echipamentele ineficiente care pot rămâne nedetectate la stațiile de tratare a apelor uzate, dar ar putea duce la emisii semnificative de gaze cu efect de seră.

Cuihong Song, primul autor al revizuirii critice și cercetător postdoctoral în inginerie civilă și de mediu la Princeton, a spus că stațiile de epurare echipate cu digestoare anaerobe sunt printre cele mai mari scurgeri de metan.

Digestoarele anaerobe sunt vase etanșe care conțin microbi anaerobi care lucrează fără oxigen pentru a descompune nămolul de apă uzată sau deșeurile solide și pentru a produce biogaz bogat în metan în acest proces. Acel metan poate fi folosit pentru a genera căldură sau electricitate pentru a alimenta alte aspecte ale procesului de tratare.

Dar atunci când digestoarele anaerobe funcționează ineficient, scurgerile și acumularea de presiune pot permite metanului să scape ca emisii fugitive. „Dacă digestorul nu este etanș la gaz, puteți ajunge cu emisii mari de metan”, a spus Song. Cercetătorii au descoperit că plantele cu digestoare anaerobe au emis mai mult de trei ori mai mult metan decât plantele fără digestoare.

Emisiile mai mari de la digestoarele anaerobe ar putea fi o problemă serioasă: în timp ce stațiile de tratare a apelor uzate echipate cu digestoare anaerobe reprezintă mai puțin de 10% din toate stațiile de epurare din SUA, majoritatea acestor instalații sunt instalații mari care, combinate, tratează aproximativ 55% din ape uzate din tara.

„Mulți bani sunt investiți în scăderea emisiilor prin implementarea acestor digestoare, pentru că, în teorie, sunt sisteme închise. Când funcționează corect, puteți centraliza metan într-o singură locație”, a adăugat Moore. „Ineficiențele și scurgerile sunt cele care cauzează multe dintre probleme.”

Alături de digestoarele anaerobe, analiza critică a constatat că emisiile de metan din sistemele de canalizare contribuie în mod semnificativ la emisiile de metan la nivel național. Cu toate acestea, orientările actuale nu țin cont în mare măsură de emisiile de metan fugitive din canalizări, despre care cercetătorii au spus că este important să le țină seama în viitoarele inventare de gaze cu efect de seră.

„Avem mai mult de un milion de mile de canalizare în SUA, pline cu materie organică bogată care ar putea cauza emisii de metan, dar înțelegem foarte puțin scopul lor”, a spus Ren.

Monitorizare mai bună, linii directoare mai bune

Cercetătorii lucrează acum cu parteneri pentru a construi un inventar și o metodologie despre care spun că ar permite managerilor să-și monitorizeze emisiile de metan. Prin identificarea surselor din procesul de tratare a apelor uzate care eliberează cele mai multe emisii de metan, munca lor poate informa, de asemenea, eforturile de atenuare a emisiilor fugitive.

„Metanul are o durată de viață scurtă în atmosferă, așa că dacă suntem capabili să tăiem emisiile în toată țara, contribuția metanului la încălzire se va diminua rapid”, a spus Moore. „Peste zece ani, nu va trebui să ne facem atât de mult griji în privința metanului.”

Ren a adăugat că metanul produs din procese precum digestia anaerobă servește și ca o sursă de energie valoroasă. „Prin identificarea și atenuarea emisiilor fugitive de metan, am observa beneficii duble”, a spus el. „Am reduce emisiile de gaze cu efect de seră pe termen scurt și am maximiza cantitatea de metan pe care o putem recupera din procesul de tratare a apelor uzate.”

Cu toate acestea, este nevoie de mai multă muncă pentru a monitoriza emisiile de metan la diferite intervale de timp de la stațiile de epurare și rețelele de canalizare de diferite dimensiuni și procese de tratare.

De exemplu, puține studii au realizat monitorizarea continuă, pe termen lung, a emisiilor de metan de la stațiile de epurare a apelor uzate, chiar dacă rata emisiilor poate varia zilnic sau chiar sezonier, fiind în general mai mare primăvara și vara decât iarna.

„În cele din urmă, trebuie să avem o contabilitate completă a emisiilor de la centrale pe mai multe intervale de timp”, a spus Zondlo. El a adăugat că analizele preliminare ale măsurătorilor ulterioare de la instalații suplimentare în diferite perioade ale anului au evidențiat importanța înțelegerii variației sezoniere a emisiilor.

În același timp, cercetătorii vor trebui să dezvolte metode de eșantionare mai bune pentru a înțelege emisiile din zone greu accesibile, cum ar fi canalizarea, deoarece natura difuză a rețelelor de canalizare, împreună cu nivelurile lor ridicate de umiditate, fac dificilă surprinderea unei imagini precise a emisiilor cu metodologiile existente.

Depășind aceste obstacole și continuându-și eforturile de monitorizare, cercetătorii ar putea contribui la un efort mai amplu de a crea linii directoare actualizate care să estimeze mai bine emisiile de metan din sectorul apelor uzate.

„Multe agenții recunosc că emisiile de metan din sectorul apelor uzate sunt importante de studiat”, a spus Ren. „Această cercetare nu raportează doar propriile noastre constatări. Facem ecou a ceea ce comunitatea de cercetare mai largă a observat și a identificat ca fiind un decalaj semnificativ de cunoștințe.”