Согласно новому исследованию Принстонского университета, муниципальные очистные сооружения выбрасывают в атмосферу почти вдвое больше метана, чем считали ученые ранее. А поскольку метан нагревает планету более чем в 80 раз сильнее, чем углекислый газ за 20 лет, это может стать большой проблемой.
«Сектор отходов является одним из крупнейших антропогенных источников метана в мире», — сказал Марк Зондло, профессор гражданской и экологической инженерии и ассоциированный преподаватель Центра энергетики и окружающей среды Андлингера. «По мере того, как города продолжают урбанизироваться и разрабатывать планы по нулевой чистоте, они не могут игнорировать сектор очистки жидких сточных вод ».
Зондло возглавил одно из двух новых исследований по этому вопросу, о которых сообщалось в статьях, опубликованных в журнале Environmental Science & Technology. В одном исследовании проводились наземные измерения выбросов метана на 63 очистных сооружениях в США; другие использовали методы машинного обучения для анализа опубликованных в литературе данных исследований мониторинга метана различных процессов сбора и очистки сточных вод по всему миру.
«Немногие люди изучали выбросы метана, связанные с инфраструктурой сточных вод, хотя мы знаем, что это горячая точка для производства метана», — сказал З. Джейсон Рен, руководивший вторым исследованием. Рен — профессор гражданской и экологической инженерии и Центра энергетики и окружающей среды Андлингера.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC) разработала руководящие принципы, которые позволяют исследователям и учреждениям, таким как Агентство по охране окружающей среды США (EPA), оценивать выбросы метана на очистных сооружениях на основе их конкретных процессов очистки. Однако эти руководящие принципы были разработаны на основе ограниченных измерений на относительно небольшом количестве очистных сооружений.
Когда исследователи использовали мобильную лабораторию Принстонского эксперимента по химическому анализу атмосферы (PACE) для количественной оценки выбросов в масштабах предприятия путем измерения шлейфов 63 очистных сооружений на восточном побережье и в Калифорнии, они обнаружили, что в руководящих принципах МГЭИК постоянно занижается оценка очистных сооружений всех размеров и лечебные процессы.
Если результаты этих 63 заводов являются репрезентативными, фактические выбросы метана от очистных сооружений в США будут примерно в 1,9 раза выше, чем оценки выбросов, основанные на существующих руководящих принципах МГЭИК и Агентства по охране окружающей среды, а это означает, что эти руководящие принципы занижают выбросы метана, эквивалентные 5,3 миллиона метрических тонн углекислого газа.
Интересно, что исследовательская группа, которая провела второе независимое исследование для анализа литературных данных о выбросах метана, пришла к аналогичному выводу: оценочные выбросы метана от очистки муниципальных сточных вод в США были примерно в два раза выше, чем предсказывают существующие рекомендации.
«Мы смогли показать, используя два разных подхода, что выбросы метана представляют собой гораздо более серьезную проблему для сектора очистки сточных вод, чем считалось ранее», — сказал Рен.
Обычные подозреваемые в выбросах метана из сточных вод
Исследователи считают, что, поскольку руководящие принципы МГЭИК были разработаны на основе ограниченных измерений на небольшом количестве очистных сооружений, они могут неточно отражать различия в выбросах, существующие между объектами.
«Руководящие принципы предполагают определенный уровень эффективности этих систем очистки сточных вод, который может отсутствовать при переходе от завода к заводу», — сказал Дэниел Мур, первый автор исследования прямых измерений и аспирант в области гражданского и экологического строительства. Он указал на утечки и неэффективное оборудование, которые могут остаться незамеченными на очистных сооружениях, но могут привести к значительным выбросам парниковых газов.
Цуйхонг Сонг, первый автор критического обзора и исследователь с докторской степенью в области гражданского и экологического строительства в Принстоне, сказал, что очистные сооружения, оснащенные анаэробными метантенками , были одними из крупнейших утечек метана.
Анаэробные варочные котлы представляют собой герметичные сосуды, содержащие анаэробные микробы, которые работают без доступа кислорода, разлагая осадок сточных вод или твердые отходы и производя в процессе биогаз, богатый метаном. Этот метан можно использовать для выработки тепла или электричества для питания других аспектов процесса очистки.
Но когда анаэробные метантенки работают неэффективно, утечки и повышение давления могут привести к утечке метана в виде летучих выбросов. «Если метантенк не является газонепроницаемым, вы можете получить высокие выбросы метана», — сказал Сонг. Исследователи обнаружили, что растения с анаэробными реакторами выделяют более чем в три раза больше метана, чем растения без реакторов.
Более высокие выбросы от анаэробных варочных котлов могут стать серьезной проблемой: в то время как очистные сооружения, оснащенные анаэробными варочными котлами, составляют менее 10% всех очистных сооружений в США, большинство из этих установок представляют собой крупные объекты, которые в совокупности очищают около 55% сточных вод. сточных вод в стране.
«Много денег уходит на снижение выбросов за счет внедрения этих метантенков, потому что теоретически это закрытые системы. Когда они работают правильно, вы можете централизовать метан в одном месте», — добавил Мур. «Именно неэффективность и утечки вызывают многие проблемы».
Критический обзор показал, что выбросы метана из канализационных систем наряду с анаэробными варочными установками вносят значительный вклад в выбросы метана в масштабах всей страны. Тем не менее, текущие рекомендации в значительной степени не учитывают неорганизованные выбросы метана из канализации, которые, по словам исследователей, важно учитывать в будущих инвентаризациях парниковых газов.
«У нас в США более миллиона миль канализационных коллекторов, заполненных богатым органическим веществом, которое может вызывать выбросы метана, но мы очень мало понимаем их масштабы», — сказал Рен.
Улучшенный мониторинг, лучшие рекомендации
В настоящее время исследователи работают с партнерами над созданием реестра и методологии, которые позволили бы менеджерам легко контролировать свои выбросы метана. Выявляя источники в процессе очистки сточных вод, которые выделяют наибольшее количество выбросов метана, их работа также может информировать об усилиях по смягчению неорганизованных выбросов.
«У метана короткое время жизни в атмосфере, поэтому, если мы сможем отрезать поток выбросов по всей стране, вклад метана в потепление быстро уменьшится», — сказал Мур. «Через десять лет нам не придется так сильно беспокоиться о метане».
Рен добавил, что метан, полученный в результате таких процессов, как анаэробное сбраживание, также служит ценным источником энергии. «Выявив и уменьшив неорганизованные выбросы метана, мы получим двойную выгоду», — сказал он. «В ближайшем будущем мы сократим выбросы парниковых газов и максимизируем количество метана, которое мы можем извлечь из процесса очистки сточных вод».
Тем не менее, требуется дополнительная работа для мониторинга выбросов метана в различных временных масштабах из очистных сооружений и канализационных сетей разного размера и процессов очистки.
Например, в нескольких исследованиях проводился долгосрочный непрерывный мониторинг выбросов метана из очистных сооружений, даже несмотря на то, что уровень выбросов может меняться ежедневно или даже в зависимости от сезона, будучи, как правило, выше весной и летом, чем зимой. «В конечном счете, нам необходимо иметь полный учет выбросов от заводов во многих временных масштабах», — сказал Зондло. Он добавил, что предварительный анализ последующих измерений на дополнительных предприятиях в разное время года подчеркнул важность понимания сезонных колебаний выбросов.
В то же время исследователям потребуется разработать более совершенные методы отбора проб, чтобы понять выбросы из труднодоступных мест, таких как канализация, поскольку диффузный характер канализационных сетей наряду с их высоким уровнем влажности затрудняет получение точной картины выбросов с существующие методики.
Преодолев эти препятствия и продолжая свои усилия по мониторингу, исследователи могли бы внести свой вклад в более широкие усилия по созданию обновленных руководящих принципов, которые лучше оценивают выбросы метана из сектора сточных вод.
«Многие агентства признают, что выбросы метана из сектора сточных вод важны для изучения», — сказал Рен. «Это исследование не просто сообщает о наших собственных выводах. Мы повторяем то, что более широкое исследовательское сообщество наблюдало и определило как значительный пробел в знаниях».
Теги: вода, экология, энергия
