Odpady stałe i ścieki od dawna zamienia się na energię odnawialną, w tym biopaliwo. Dotąd najczęściej przetwarzano je na metan (gaz), bo technologia jest nieskomplikowana, a do tego tania. Można jednak z nich wyprodukować także wodór.

– Technologia odzysku wodoru z wody w efekcie elektrolizy jest powszechna, ale nadal kosztowna – mówi prof. Mirosław Krzemieniewski z Uniwersytetu Warmińsko−Mazurskiego. – Proces ten polega na tym, że następuje rozdzielenie cząsteczki wody, a jednym z elementów rozszczepienia jest wodór. Koncerny samochodowe, np. Fiat, Mitsubishi, testują auta napędzane wodorem. Jednak więcej energii trzeba włożyć w uzyskanie takiego paliwa niż można go uzyskać. Trwają więc prace nad skonstruowaniem bioreaktorów umożliwiających ekonomicznie uzasadnioną produkcję wodoru ze ścieków. – I my włączyliśmy się w ten światowy wyścig – dodaje prof. Krzemieniewski. – Badania trwają trzeci rok.

– Wykorzystujemy bakterie, które są w ściekach – wyjaśnia dr Marcin Dębowski, adiunkt w Katedrze Inżynierii Ochrony Środowiska UWM. – To one w sprzyjających warunkach wytwarzają metan lub wodór, a jednocześnie rozkładają zanieczyszczenia.

Mikrofala działa

Z jakich odpadów można wyprodukować metan lub wodór? To mogą być równie dobrze odpady z domu, jak i przemysłowe. – Wykluczamy jedynie substancje toksyczne, ponieważ mogą ograniczyć intensywność produkcji – tłumaczy dr Marcin Zieliński, adiunkt w Katedrze Inżynierii Ochrony Środowiska UWM.

Rzecz w tym, że toksyczne substancje niszczą bakterie. A bakterie – jak wspomnieliśmy – są tu niezbędne. W grę wchodzą zatem tzw. substancje organiczne, podatne na biologiczny rozkład.

– Zmierzamy jednak do opracowania takiej technologii, dzięki której będzie można przetworzyć wszystkie ścieki – dodaje dr Marcin Dębowski. – Te, które zawierają substancje toksyczne, można na przykład wprowadzić jako domieszkę do innych, nietoksycznych. I jeśli stężenie ścieków trudnych do rozłożenia będzie niskie, to można z nich będzie wyprodukować metan lub wodór.

Innowacyjny jest sposób utrzymania temperatury w komorach. Olsztyńscy naukowcy wykorzystują mikrofale. Dzięki nim proces przetwarzania ścieków przebiega intensywniej. To są te same mikrofale, co w kuchenkach. Pod wpływem mikrofal cząsteczki wody szybko ocierają się o siebie i powstaje energia cieplna. Przykład?

– Gdy wstawi się do mikrofalówki suchy talerz, to po wyjęciu nie jest on gorący, natomiast wilgotny – parzy w ręce – tłumaczy prof. Krzemieniewski. – A my wykorzystujemy nagrzewanie wewnątrz komórek.

Wrze w garach

Dotąd w kortowskich laboratoriach z zanieczyszczeń wytwarzano metan. Bioreaktor, który opatentował zespół prof. Krzemieniewskiego, zainstalowano w ubiegłym roku, w Zakładzie Mleczarskim w Łaszczowie. Inwestycja kosztowało ok. 1,2 mln zł. Zwróci się w ciągu 3−4 lat. Blisko 70 proc. zanieczyszczeń jest tam przerabianych bez wkładu energii. Ścieki z produkcji pompuje się do bioreaktora. Zbiorniki są żelbetowe, z zadaszeniem i mieszadłami. W zbiornikach ścieki przepływają przez warstwę osadu. Mechaniczne łopaty mieszają zanieczyszczenia. Chodzi o to, żeby bakterie miały kontakt ze ściekami. Na tzw. separatorach gazu następuje ich rozdzielenie od osadów i gazów. Oczyszczone ścieki zbierane są do koryt, odpływają do komór osadu, do dalszego przetwarzania, już z dodatkiem tlenu.

Teraz naukowcy starają się opracować układ oczyszczania, dzięki któremu można wyprodukować wodór. Tu ścieki będą rozkładane przez bakterie z rodzaju clostridium. Muszą być stworzone specyficzne warunki, żeby tylko clostridium umożliwić rozwój. Osad się więc pasteryzuje, czyli poddaje działaniu np. wysokiej temperatury. Trzeba jeszcze dołożyć bakteriom pożywki – ścieków.

Serwatka do butli

Korzyść jest podwójna: chronimy środowisko naturalne (bo odpady nie zanieczyszczają Ziemi), a jednocześnie wykorzystujemy je jako paliwa. Nie dość tego – paliwa są ekologiczne. Jak zmagazynować taką energię? Zamiast baku z paliwem montuje się butlę z wodorem.

Zarówno metan, jak i wodór można wykorzystać nie tylko do napędzania oczyszczalni ścieków, ale i do ogrzewania domów czy napędzania silników elektrycznych. – Przy tym koncertujemy się na tym, co strategiczne dla regionu, czyli na przykład w województwie warmińsko−mazurskim wykorzystujemy ścieki przemysłu spożywczego, w tym sfermentowanych owoców czy serwatkę – dodaje dr Marcin Zieliński.

O ile słodką serwatkę można wysuszyć i zastosować m.in. w piekarnictwie (np. proszek do produkcji twarogu), to kwaśna nie ma zbytu. Jest niczym bomba dla jezior i rzek, bo pod jej wpływem zamiera życie biologiczne.

– Szwedzi i Niemcy wytwarzają z niej metan. A my chcemy wodór – dodaje dr Marcin Dębowski.