Ежегодно человечество производит ошеломляющие 359 миллиардов кубометров сточных вод — этого объема достаточно, чтобы четырежды наполнить Женевское озеро. Однако вместо того чтобы видеть в этом ресурсе ценность, мы в большинстве случаев либо просто избавляемся от него, либо используем дорогостоящие и неэффективные методы очистки. Новый научный обзор, опубликованный в журнале «Frontiers in Science», предлагает радикально изменить этот подход, превратив сточные воды из бремени в ценный актив для сельского хозяйства, энергетики и санитарии.
Ключ к этой трансформации — микробные электрохимические технологии (МЭТ). В основе метода лежит использование особых электрогенных бактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности способны генерировать электричество. По сути, создаются своего рода биологические топливные элементы, где микроорганизмы «поедают» органические загрязнители в воде, вырабатывая при этом электрический ток. Лабораторные исследования показывают, что МЭТ могут преобразовывать в электричество до 35% химической энергии, содержащейся в сточных водах, что эффективнее традиционных методов получения биогаза.
Потенциал сточных вод поистине огромен. По подсчетам ученых, в них скрыто более 800 000 ГВт·ч химической энергии, что сопоставимо с годовой выработкой ста атомных электростанций. Помимо энергии, вода из канализации богата ценными питательными веществами, такими как аммоний и фосфаты. Эффективное извлечение этих элементов могло бы покрыть до 11% мировых потребностей в аммиачных и 7% в фосфатных удобрениях, снизив зависимость от их энергоемкого и экологически небезопасного производства.
Технология уже доказывает свою жизнеспособность на практике. Ярким примером стала система «Pee Power®», дебютировавшая на музыкальном фестивале в Гластонбери в Великобритании. Эта установка успешно преобразовывала мочу посетителей в электричество, которого хватало для освещения туалетных кабин. Впоследствии успешные полевые испытания прошли в странах Африки — Уганде, Кении и ЮАР, где подобные системы обеспечивают не только энергию, но и повышают уровень санитарной безопасности в регионах с дефицитом электричества.
Несмотря на впечатляющие перспективы, на пути к широкому внедрению МЭТ стоят серьезные препятствия. Глобальное законодательство в основном ориентировано на утилизацию отходов, а не на их переработку в ценные ресурсы. Например, во многих странах запрещено использовать удобрения, полученные из человеческих отходов, для выращивания пищевых культур. Кроме того, инженерам предстоит решить проблему долговечности материалов, используемых в биореакторах, чтобы обеспечить их стабильную работу в агрессивной среде сточных вод.
Эксперты сходятся во мнении, что, хотя МЭТ в обозримом будущем не смогут полностью обеспечить энергией наши дома, они способны кардинально изменить сектор водоочистки. Превращая очистные сооружения из потребителей энергии в самодостаточные «фабрики» по производству электричества и удобрений, эти технологии открывают путь к устойчивому управлению водными ресурсами и построению подлинной экономики замкнутого цикла.