O laboratório de tecnologia ambiental e de água da Universidade Aalto exala um cheiro inegável de esgoto - e esse fedor tem suas raízes em um negócio de reciclagem da África Ocidental falido.

Enquanto trabalhava em Gana há três anos, o pesquisador de pós-doutorado Surendra Pradhan teve que reconhecer que seu negócio de águas residuais fazia pouco sentido.

"A reciclagem é sempre recomendável, mas raramente economicamente viável. Lançamos vários projetos apenas para descobrir que era surpreendentemente difícil vender nosso produto. O agricultor médio não utilizava composto e havia poucos compradores de chorume contendo dejetos humanos em particular. Finalmente cheguei à conclusão de que a opção mais sensata era fabricar algo para o qual já houvesse mercado. "

Escapando de um ciclo sem sentido

Pradhan começou a pesquisar o assunto e descobriu que a melhor maneira de utilizar o nitrogênio das águas residuais era recuperá-lo na forma de sulfato de amônio, que é usado em fertilizantes e não contém produtos químicos e farmacêuticos residuais que muitas vezes estão presentes na lama. Como um bônus, o mesmo processo pode recuperar outro agente de eutrofização, fósforo, que até agora tem, como nitrogênio, principalmente um problema que as estações de tratamento de águas residuais devem remover.

Tradicionalmente, o nitrogênio do fertilizante necessário para o sulfato de amônio foi feito usando o método Haber-Bosch, um processo desenvolvido por cientistas alemães cem anos atrás que converte o nitrogênio atmosférico em amônia. O processo requer altas temperaturas e pressões, e é, portanto, um grande glutão de energia:a fabricação de nitrogênio para fertilizantes é responsável por cerca de 2% do consumo global de energia.

Pradhan e seus colegas pesquisadores da Aalto University desenvolveram um método de captura de nutrientes que conduz águas residuais para um reator onde seu valor de pH é elevado com hidróxido de cálcio para que o nitrogênio amoniacal da água seja convertido em amônia gasosa. Por sua vez, a amônia é separada por meio de uma membrana semipermeável, após a qual é dissolvida em ácido sulfúrico para criar sulfato de amônio. O fósforo da água é precipitado com sais de cálcio e pode ser utilizado como fertilizante.

"Como o cálcio é, ao lado de nitrogênio e fósforo, o nutriente mais importante necessário para o cultivo em solo ácido da Finlândia, o uso de substâncias derivadas do cálcio para elevar os níveis de pH não aumenta os custos porque acaba fazendo parte do produto final, "diz a pesquisadora de pós-doutorado Anna Mikola.

O teste do método começou com uma versão de contêiner menor e agora progrediu para um reator um pouco maior. Os resultados são promissores. Os experimentos conseguiram separar até 99% do nitrogênio e 90-99% do fósforo na urina, mesmo que o método consuma consideravelmente menos energia e produtos químicos do que o processo de tratamento de águas residuais de nitrificação-desnitrificação comumente empregado.

"Nele o nitrogênio, cuja recuperação na forma de fertilizante consome uma enorme quantidade de energia, está perdido para os ventos. O processo também é responsável pela maior parte da energia necessária para a purificação da água. Nosso objetivo é escapar deste ciclo sem sentido, "Diz Mikola.

De um pequeno contêiner a um trailer e um piloto

Um pedido de patente para o método está sendo processado, mas ainda há um longo caminho a percorrer antes de ser adotado para uso industrial. O professor Riku Vahala diz que a equipe prefere dar passos de bebê para frente, em vez de se chocar contra uma parede a toda velocidade.

"Muitas vezes, grandes expectativas levam a um salto direto do laboratório para a fábrica, que consome todo o dinheiro e corrói a fé em toda a tecnologia. Estamos procedendo primeiro de uma pequena escala de contêiner para um aplicativo do tamanho de um trailer e, se tudo correr bem, estaremos preparados para construir uma instalação de demonstração em dois anos. "

Antes disso, os pesquisadores precisam descobrir como, por exemplo, o método funciona com vários tipos de águas residuais - os tipos produzidos pelas famílias, usinas de biogás e, dizer, marinas são radicalmente diferentes, Afinal. Os próximos experimentos serão realizados em água rejeitada criada em conjunto com a secagem de lodo na câmara de digestão de lodo da estação de tratamento de águas residuais de Viikinmäki da Autoridade de Serviços Ambientais da Região de Helsinque, bem como nas usinas de biogás Gasum.

A enorme importância do tratamento de água aumenta o desafio.

“Ao lidar com um problema que tem impacto sobre o meio ambiente e a saúde humana, as partes envolvidas não querem correr nenhum risco e, em vez disso, preferem empregar métodos antigos e familiares, mesmo que sejam mais caros e menos eficazes, "Vahala resume.

A forma como o método será integrado às operações nas instalações também permanece em aberto. A tendência da indústria é focar fortemente no negócio principal e, adequadamente, o tratamento de águas residuais muitas vezes é terceirizado. Além disso, muitas estações de tratamento de águas residuais municipais transferiram a responsabilidade pelo processamento adicional de lamas para empresas externas. Pradhan, Mikola e Vahala acreditam que, assim que a tecnologia for concluída, a melhor maneira de apresentá-lo da forma mais ampla possível é por meio de terceiros.

"Não faz sentido que cada grande ou pequena instalação de tratamento de resíduos também se torne um vendedor de fertilizantes. Seria muito mais sábio para uma ou mais empresas comercializar nossa tecnologia, operações e também o produto final que produz, "Mikola avalia.

Bom para o Mar Báltico

O método tem outros impactos ambientais positivos, além da economia de energia. Os pesquisadores estimam que a recuperação de nutrientes das águas residuais da comunidade permite a substituição de seis por cento do nitrogênio amoniacal produzido industrialmente e dez por cento do fósforo usado como fertilizante. Atualmente, o fósforo do fertilizante é extraído de minas, que ameaçam secar no próximo século, a menos que a recuperação se torne mais eficiente. Nas instalações de tratamento, Contudo, fósforo acaba na lama, que é usado principalmente como um meio de crescimento para grama e acostamentos de estradas porque os regulamentos de produção de alimentos e as preocupações com a imagem dificultam sua utilização como um nutriente de cultivo.

Uma recuperação eficaz e economicamente atraente também beneficiaria o Mar Báltico e outros sistemas de água na Finlândia. A remoção de fósforo das águas residuais comunitárias está em boa forma na Finlândia, mas quando se trata de nitrogênio, as diferenças entre as instalações de tratamento e as localidades são grandes. Em geral, A legislação finlandesa impõe a obrigação de conduzir a remoção aprimorada de nitrogênio apenas em áreas costeiras sensíveis ao nitrogênio, embora os nutrientes possam viajar grandes distâncias para eutrofizar o Mar Báltico. A capacidade de remoção de nitrogênio das estações de tratamento de águas residuais também pode ser insuficiente de tempos em tempos devido a picos de águas residuais muito potentes que emanam das plantas de biogás.

"Também participamos de vários projetos de conservação do Mar Báltico, que revelaram que algumas usinas de biogás nos Estados Bálticos, A Europa Oriental e a Bielo-Rússia lançam águas residuais não tratadas em cursos de água, de onde fluem rio abaixo para o Mar Báltico, "Mikola diz infeliz.

Os interesses econômicos e o crescimento da consciência ambiental são um bom presságio para o potencial de exportação do método. Vahala observa que o surgimento de um mercado para seu produto também depende fortemente da legislação.

"Se e quando surgir, queremos estar preparados e ansiosos para seguir em frente. "