Chất thải từ người là năng lượng tương lai?

Adrian Dennis/AFP/Getty Images
Viên kỹ sư này bên trên tay một khối mỡ thải đông đặc thu được trong quá trình ông làm việc tại khu vực ngã tư nối hệ thống nước thải của phố Regent Street ở trung tâm London

Hành tinh của chúng ta gặp một vấn đề. Con người, như tất cả các sinh vật sống khác, thải ra rất nhiều những chất thải không dễ chịu gì cho lắm: dưới dạng nước tiểu và phân.

Nếu các loại chất thải này không được xử lý, chúng có thể đầu độc nguồn nước, gây ô nhiễm sông ngòi và hủy hoại các khu vực bờ biển. Nước uống không qua xử lý và thiếu nhà vệ sinh đàng hoàng là vấn đề nghiêm trọng ở khu vực đang phát triển, và ở các vùng phát triển hơn, người ta cần lượng năng lượng khổng lồ để xử lý an toàn chất thải của con người.

Nhưng có lẽ ta đang nhìn chất thải dưới một góc nhìn sai – nó có thể thực ra là một nguyên liệu quý giá hơn là một chất thải phái sinh nặng mùi trong cuộc sống hàng ngày.

 

Một nhóm nhỏ các kỹ sư sáng chế đang tìm cách tận dụng tiềm năng của phân thải và biến chúng thành năng lượng thắp sáng nhà cửa, cấp nhiên liệu cho xe hơi. Sau đây là một vài ví dụ cho thấy một số ý tưởng tổng quát có thể biến thành những ý tưởng lớn.

Điện năng từ nước tiểu

Một tiếp cận sáng tạo là biến nước tiểu thành điện nhờ vào vi khuẩn.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học West of England đã tạo ra một nhà máy điện nén và sinh học sử dụng các tế bào vi khuẩn có thể biến nước tiểu thành điện. Năng lượng này có thể được dùng vào việc thắp sáng các phòng nhỏ hoặc sạc pin cho các thiết bị điện nhỏ.

Các viên năng lượng rất độc đáo vì chúng có chứa vi khuẩn – loại vi khuẩn thường sinh sôi trên kim loại dưới các con tàu hoặc giàn khoan dầu ngoài đại dương. Chúng sinh sôi dựa vào các điện tích, ăn các chất hữu cơ trong nước tiểu khi nước tiểu chảy qua, tạo thành một dòng điện tích nhỏ.

Bristol BioEnergy Centre
Vi khuẩn cung cấp điện cho các bóng đèn thắp sáng tại một khu nhà vệ sinh dành cho nữ sinh ở một vùng hẻo lánh của Uganda

“Công nghệ này không chỉ làm sạch nước thải, và đồng thời cải thiện tình trạng vệ sinh và an toàn, mà còn đồng thời sản sinh ra năng lượng,” Ioannis Ieropoulos, giám đốc Trung tâm Năng lượng Sinh học Bristol và là giáo sư đại học, cũng là người lãnh đạo dự án này cho biết.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các viên nhiên liệu dùng nước tiểu để sạc điện thoại, mặc dù họ mất tới 64 giờ để sạc đầy pin cho điện thoại. Các viên pin này sản sinh ra dòng điện dưới 1amp và khoảng 3 volt điện tích. Nhưng Ieropoulos tin rằng khả năng tăng cường năng lượng của các viên pin này là hoàn toàn khả thi bằng cách tinh chỉnh chất liệu và quá trình.

 

Ở nhiều nơi trên thế giới nơi cả vấn đề vệ sinh lẫn điện đều hiếm hoi, thì sáng kiến này có thể tạo ra ảnh hưởng to lớn. Trên toàn thế giới, có khoảng 2,5 tỷ người không được tiếp cận với an toàn vệ sinh trong khi có khoảng 1,2 tỷ người không có điện để dùng. Vào tháng Bảy, nhóm nghiên cứu đã lắp đặt một khối năng lượng sinh học vào nhà vệ sinh nữ trong một trường học ở Uganda để cấp điện thắp sáng trong phòng vệ sinh và điện thắp sáng đoạn đường đi đến khu nhà vệ sinh ban đêm.

Công nghệ này cũng có thể tìm thấy cách ứng dụng ở các quốc gia phát triển.

“Một lượng nước thải khổng lồ chảy qua cống mỗi giờ vòng quanh thế giới,” ông nói. “Đây là điểm tiềm năng nhất của công nghệ này, nếu chúng tôi có thể ứng dụng nó gần nhất có thể với nguồn nước thải. Nó có thể tạo ra điện dùng cho các thiết bị gia đình và giảm áp lực của các nhà máy xử lý nước thải.”

Nhưng nhiên liệu của tương lai không giới hạn với riêng gì với việc sản sinh chất lỏng của chúng ta.

Tiềm năng của phân

Các viên pin sinh học sẽ có thể sớm xử lý được chất thải rắn mà cơ thể chúng ta thải ra. Ieropoulos đang làm việc với các nhà nghiên cứu ở Hoa Kỳ thông qua Quỹ Bill & Melinda Gates phát triển công nghệ có thể biến phân rắn thành bùn chảy qua các viên năng lượng.

Bristol BioEnergy Centre
Các nhà nghiên cứu dã có thể giảm bớt kích thước trong lúc lại tăng công suất được cho các pin vi sinh trong thời gian từ 2015 đến 2017

“Chúng tôi phải thí nghiệm hệ thống của mình với phân bùn,” Ieropoulos cho biết.

“Nó dễ làm giàu hơn và các vi khuẩn có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn.”

“Phân bùn” có thể là một cụm từ không dễ nghe trong bối cảnh năng lượng sạch, nhưng đây không phải là dự án duy nhất nỗ lực tìm cách giải quyết vấn đề lớn thứ hai của loài người.

Tại Bristol, Anh Quốc, Công ty Wessex Water đã lắp đặt một nhà máy khí vi sinh tại khu xử lý nước thải và nhờ đó biến chất thải thành 56 triệu lít khí biomethane mỗi ngày.

Theo một báo cáo từ Đại học Liên Hiệp Quốc ở Nhật Bản, nếu tất cả phân của loài người được xử lý thành khí vi sinh, nó có thể cấp điện cho 138 triệu gia đình.

Và còn những thứ kinh tởm khác trôi qua dưới hệ thống cống ngầm thành phố của chúng ta cũng có thể được ứng dụng để có tác dụng tốt.

Bristol BioEnergy Centre
Có một ống dẫn nối từ nhà vệ sinh sang một tòa nhà khác, nơi để các bộ pin nhiên liệu vi sinh

Năng lượng từ mỡ thải

Ở gần như mỗi thành phố trên thế giới, những khối dầu thải đóng rắn, dầu mỡ và chất béo luôn tích tụ, tạo thành các “khối chất béo” làm tắc đường ống thoát thải.

Một trong số lượng mỡ thải lớn nhất được phát hiện ra cuối tháng trước trong đường hầm cống thải có từ thời Nữ hoàng Victoria bên dưới khu vực Whitechapel ở Lodon. Một khối mỡ thải dài 250m, gấp đôi chiều dài sân bóng đá ở sân vận động Wembley – nặng 130 tấn và phải tốn tới ba tuần để dọn sạch. Nhưng thay vì chôn lượng mỡ thải này xuống đất, khối mỡ thải này được chuyển đến một nhà máy xử lý sáng tạo để chuyển hóa thành 10.000 lít dầu diesel sinh học sử dụng cho xe bus và xe tải.

Nhà máy mà chất thải này được đưa tới là công ty Argent Energy trong thị trấn cảng Ellesmere Port ở Cheshire, miền bắc nước Anh. Công ty này phát triển một quy trình có thể biến các khối thải chất béo thành năng lượng sạch bằng cách lọc ra chất bẩn, chuyển hóa chất béo vào một quy trình có tên gọi este hóa este (esteriesterification) và sau đó chưng cất lại. Nguyên liệu cho ra có thể pha với dầu diesel thông thường để sử dụng trong các động cơ chạy bằng dầu diesel thông thường.

“Chất thải này làm kẹt cống rãnh và hệ thống xử lý nhưng nó chứa đầy các nguyên liệu mà ta có thể chuyển hóa thành nhiên liệu,” Dickon Posnett, giám đốc phát triển tại Argent Energy giải thích. Posnett ước tính có khoảng 300.000 đến 400.000 tấn dầu thải và chất béo phải dọn ra từ hệ thống cống và xử lý nước thải ở Anh mỗi năm, trong khi đó tại New York hiện tượng tắc cống vì dầu thải khiến thành phố này phải chi đến 18 triệu đô la Mỹ trong 5 năm qua.

Nhà máy của công ty Argent Energy hiện tại nhận khoảng 30 tấn chất béo thải ra từ một công trình xử lý chất thải tại thành phố Birmingham, Anh Quốc, mỗi tuần, và sản xuất ra 2.000 lít nhiên liệu từ đó. Nhưng Posnett tin rằng nhà máy có thể cho ra 90 triệu lít dầu diesel sinh học mỗi năm khi nó đi vào hoạt động hết công suất.

Nhưng nhà máy này không chỉ giúp xử lý những khối thải chất béo.

“Nhà máy này có thể xử lý tất cả các loại dầu và chất béo bị và dầu thải bị hỏng,” Posnett nói. “Vì thế nó có thể xử lý cả những chất như mayonnaise đã bị hư hỏng hoặc súp bị thiu. Chúng tôi nhận được hàng pallet bơ bị ôi thiu, chẳng hạn, mà lẽ ra thì đã phải đem đi chôn lấp.”

Wessex Water/GENeco
Tại Bristol, England, công ty cung ứng nước Wessex Water đã lắp đặt một nhà máy sử dụng biogas tại khu vực xử lý chất thải, qua đó biến chất thải chưa qua xử lý thành 56 triệu lít biomethane mỗi ngày

Nhưng một công ty khác – tên AgriProtein có trụ sở ở Cape Town – thậm chí còn có cách ghê gớm hơn để xử lý thực phẩm thải.

Công ty này nhân giống ấu trùng ruồi lính đen sinh sôi trên thực phẩm thải bỏ đi, sau đó chúng được thu hoạch, ép khô và nén để sản sinh ra một loại dầu đặc từ côn trùng có thể dùng làm thực phẩm thân thiện với môi trường bán cho các nông trại gia súc.

AgriProtein đã có một nhà máy quy mô công nghiệp vận hành tại Nam Phi để xử lý thực phẩm thải, nhưng giờ đây cách tiếp cận của công ty này cũng được ứng dụng trên chất thải từ người.

“Ruồi thích phân,” Marc Lewis, giám đốc của BioCycle, một công ty sử dụng ruồi của AgriProtein để xử lý chất thải từ người, nói. Công ty này đã xây dựng một nhà máy xử lý thử nghiệm tại Isipingo, Durban, Nam Phi, nơi họ nhận xử lý ba tấn phân bùn từ 80.000 nhà vệ sinh khắp miền quê ở tỉnh Kwa-Zulu Natal.

Những chất thải bốc mùi này sau đó sẽ được xử lý với ấu trùng ruồi trước khi thu hoạch 13 ngày sau đó. Lewis dự đoán nó có thể sẽ cho ra đến 940 lít dầu mỗi tuần từ chất thải nhận được khi nhà máy đi vào hoạt động toàn diện. Dầu thải được bán làm nhiên liệu nhưng ngoài ra còn có nhiều cơ hội khác – nó có lượng acid lauric rất cao, một hợp chất thường thấy trong dầu dừa và thường được dùng làm xà bông và chất dưỡng ẩm.

Lewis tin rằng còn rất nhiều khả năng mở rộng khác trong tương lai.

“Với nghiên cứu xa hơn chúng tôi có thể đưa kiến thức công nghiệp đến với những dòng chất thải độc hại khác đang trở thành vấn đề toàn cầu,” ông nói. Đây có thể bao gồm cả phân chuồng động vật hoặc chất dư thừa từ các nhà máy chế biến thịt.

Khi nhìn nhận từ góc độ này, những chất ghê tởm nhất có thể cuối cùng lại trở thành công cụ khác thường nhất để xây dựng một tương lai tốt đẹp hơn.

Bài tiếng Anh đã đăng trên BBC Future.

Related posts

Top