Ilgtspējības veidošana

Katru dienu alus darītavas un vīna darītavas saražo tūkstošiem galonu notekūdeņu, kas vai nu tiek izlieti kanalizācijā vai nosūtīti uz attīrīšanas iekārtām, uzņēmumiem par to dārgi maksājot.

Tagad MIT spinout Cambrian Innovation komercializē jaunu attīrīšanas sistēmu, ko sauc par EcoVolt, kas izmanto elektriski uzlādētus mikrobus, lai attīrītu un radītu enerģiju no notekūdeņiem. Uzņēmums, kura mērķis ir izmantot biotehnoloģiju kā līdzekli vides problēmu risināšanai, arī pārveido savu sistēmu, lai radītu vērtību no notekūdeņiem lauksaimniecības un militārajās jomās un pārvērstu oglekļa dioksīdu degvielā izmantošanai uz Zemes un kosmosā.

Attēlu sniedza Cambrian Innovation

Mūsdienu rūpnieciskā infrastruktūra lineāri pārvalda pamata resursus, palielinot atkritumu apglabāšanas izmaksas un nodarot kaitējumu videi. Bet cikliskāka pieeja, kur atkritumi tiek izmantoti kā enerģijas avots, varētu nodrošināt lielāku peļņu un novērst spriedzi starp vidi un ekonomiku, saka izpilddirektors Mets Silvers SM '05, PhD '10, kurš līdzdibināja Cambrian ar Džastinu Buku. PhD '12, tagad uzņēmuma galvenais tehnoloģiju speciālists.

Piemēram, notekūdeņu attīrīšana patērē vairāk nekā 3 procentus no elektroenerģijas Amerikas Savienotajās Valstīs, tomēr notekūdeņu organiskajām vielām ir enerģija, ko var iegūt un izmantot lokāli, saka Silver. Un tas attiecas uz daudziem atkritumu produktiem kopumā.

Cambrian automatizētā un modulārā EcoVolt sistēma, kas tiek piegādāta uz plaknes un uzstādīta vienas dienas laikā, sastāv no galvas bloka, kurā atrodas datori automatizācijai un vadībai, un paplašināmas 20 000 galonu apstrādes vienības. Šajās vienībās mikrobi, ko sauc par eksoelektrogēniem, veic unikālu procesu, elektrometanoģenēzi, kas pirmo reizi tiek izmantota notekūdeņu attīrīšanā.

Eksoelektrogēni, kas pārklāti uz anodiem, patērē notekūdeņos atlikušos organiskos piesārņotājus un šajā procesā ražo elektroenerģiju. Šī elektroenerģija pārvietojas pa ķēdi un uz katodiem, kas pārklāti ar atsevišķiem mikrobiem, kas patērē šo elektroenerģiju kopā ar oglekļa dioksīdu, lai ražotu biogāzi ar ātrumu līdz 100 kubikpēdām minūtē. Šis process uzlabo dabiski notiekošo anaerobo gremošanu notekūdeņos, saka Silver, jo tas stabilizē attīrīšanu, uzlabo biogāzes kvalitāti un nodrošina augstāku automatizācijas pakāpi.

Biogāze nonāk pieslēgtā koģenerācijas sistēmā elektroenerģijas pārveidei. Atkarībā no vairākiem vietnes faktoriem, tas saražo no 30 līdz 400 kilovatiem elektroenerģijas stundā. Attīrīti notekūdeņi iziet no reaktora, noņemot 80 līdz 90 procentus piesārņotāju, tāpēc tos var izmantot apūdeņošanai, iekārtu mazgāšanai un citām lietām.

Sistēma katru dienu var attīrīt no 10 000 līdz 1 miljonam galonu notekūdeņu. Tādā ātrumā vīna darītava vienā gadījumā no tās oglekļa pēdas noskūtu aptuveni 2 mārciņas CO2, ražojot enerģiju bez oglekļa un izvairoties no sadzīves notekūdeņu attīrīšanas — gada laikā efektīvi iestādot vairāk nekā 4400 akrus koku, saka Sudraba.

Kopš janvāra Bear Republic un Lagunitas alus darītavas, abas sausuma skartajā Kalifornijā, ir iegādājušās EcoVolt sistēmas. Cambrian lēš, ka pie pašreizējiem izmantošanas rādītājiem sistēma saražos pietiekami daudz elektroenerģijas, lai apmierinātu 25 līdz 50 procentus no šo alus darītavu vajadzībām un ļautu atkārtoti izmantot aptuveni 25 procentus no to ūdens. Tas varētu arī novērst Lagunitas notekūdeņu pārvadāšanu 10 kravas automašīnas dienā.

Viss dizainā

Arvien biežāk dzērienu rūpniecībā tiek izmantoti anaerobos un aerobos notekūdeņu attīrīšanas procesi, taču tie ir dārgi un grūti īstenojami, saka Sudraba.

Aerobos procesos — gaisa šķīdināšana notekūdeņos, kur aerobie mikroorganismi noārda piesārņotājus — patērē daudz enerģijas un rada biocietvielas (organiskos materiālus), kas tiek apsaimniekoti par izmaksām. Procesi, kuros anaerobie mikrobi ēd piesārņotājus, vienlaikus ražojot nelielu daudzumu sadegoša metāna, ir kļuvuši populāri pēdējo desmitgažu laikā, taču šādas sistēmas darbojas tikai īpašos apstākļos, ir pakļautas neveiksmēm un ir grūti darbināmas.

No otras puses, EcoVolt ir piemērojams daudzām vietām, un tas ir demonstrējis izturīgāku apstrādes procesu, kas nozīmē labāku elektroenerģijas ražošanu un lielāku ražu klientiem, un tāpēc tas ir ekonomiskāks, saka Buks. Taču sistēma ir arī modulāra, kas nozīmē, ka klienti var pakāpeniski pievienot komponentus, piemēram, lielākas apstrādes vienības vai konversijas ģeneratorus.

Tā ir arhitektūra, ko ietekmējuši Sudraba absolvēšanas gadi MIT Inženiersistēmu nodaļā, kas uzsver uzticamību, mērogojamību un elastību liela mēroga, sarežģītu sistēmu projektēšanā. Viņš saka, ka EcoVolt sniedz viņiem lielāku elastību, kā viņi ievieš apstrādes sistēmas. Visa ideja ir samazināt vienreizējās inženierijas un ekspluatācijas izmaksas, vienlaikus nodrošinot klientiem iespēju paplašināties par zemām izmaksām, izmantojot modulāro arhitektūru.

Turklāt EcoVolt ir automatizēts, attālināti uzraudzīts un nodrošina reāllaika datus, pateicoties eksoelektrogēnu izmantošanai kā sensoriem. Šīs kļūdas ģenerē elektrību, un to mēs varam sajust un nolasīt reāllaikā, lai redzētu, cik labi darbojas reaktors, skaidro Baks, kurš izgudroja Kembrija sensoru tehnoloģijas.

Ar EcoVolt, Silver saka, Cambrian mērķis ir padarīt ūdens apstrādi un atkārtotu izmantošanu vieglāku un pieejamāku, jo Amerikas atkarība no ūdens palielinās, kā arī ūdens piesārņojums.

Gandrīz katram mūsu ražotajam produktam ir ūdens pēdas nospiedums, saka Sudraba. Mūsu ekonomikai augot, ūdens līmenis pazeminās un notekūdeņu piesārņojums pieaug, liekot daudziem uzņēmumiem savā vispārējā stratēģijā apsvērt ūdens risku. Attīstītajā pasaulē arvien aktuālāka ir nepieciešamība pēc rentablākiem risinājumiem, kā arī jaunattīstības [pasaulē]. Mēs izmantojam biotehnoloģiju, lai nodrošinātu vislielāko atdevi no ieguldījumiem ūdens apsaimniekošanā.

Šim nolūkam Cambrian strādā pie citiem projektiem, kas izmanto eksoelektrogēnos mikrobus notekūdeņu attīrīšanai. Viens projekts, ko sauc par BioVolt, ir pašpietiekama ūdens attīrīšanas sistēma ASV armijas priekšējās darbības bāzēm, kas attīra notekūdeņus un ražo elektroenerģiju, lai sevi darbinātu. Cits projekts, ko finansē Nacionālais zinātnes fonds, izmanto eksoelektrogēnus, lai lēti un ar ļoti augstu specifiskumu notekūdeņos sajustu nitrātus lauksaimniecības nozarē.

Zeme kā kosmosa kuģis

EcoVolt mūsdienās ir vērtīgs kā Zemes ūdens problēmu risinājums. Taču galvenā tehnoloģija sākās kā kosmosa atjautība — un kopš tā laika ir atradusi ceļu atpakaļ kosmosā.

Tiekoties MIT 2006. gadā par kopīgu aizraušanos ar biotehnoloģiju, Silver, toreizējais pētnieks MIT Kosmosa sistēmu laboratorijā, un Baks, bioloģijas inženierijas maģistrantūras students, ieguva stipendiju no NASA Uzlaboto koncepciju institūta programmas, lai radītu dzīvības uzturēšanas līdzekli. sistēma, kas varētu apstrādāt atkritumus un ražot elektroenerģiju astronautiem. Drīz viņi saskārās ar eksoelektrogēniem; 1999. gada pētījums atklāja, ka eksoelektrogēni faktiski var radīt vairāk ampēru uz kvadrātcentimetru, nekā tika uzskatīts iepriekš.

Tas padarīja eksoelektrogēnus par trešo — un lielākoties labāku — kandidātu notekūdeņu attīrīšanai, salīdzinot ar aerobām vai anaerobām metodēm. Uzsākot Cambrian ar Lauksaimniecības departamenta dotāciju, lai koncentrētos uz lauksaimniecības notekūdeņiem, komanda drīz pārcēlās uz savu pašreizējo Bostonas galveno mītni. Līdz brīdim, kad viņi piedalījās 2010. gada Cleantech Open konkursā un uzvarēja, viņi bija pievērsuši uzmanību pārtikas un dzērienu nozarei.

Uzņēmums Cambrian veiksmīgi izmēģināja savu pirmo sistēmu 2010. gadā un pēc tam 14 mēnešu laikā no 2011. līdz 2012. gadam demonstrēja savu sistēmu rūpnieciskā mērogā Slēgts koka vīna darītava Kalifornijā.

2012. gadā NASA sāka finansēt Kembrijas projektu ExoGen, kas izmanto elektrometanoģenēzi, lai efektīvāk iegūtu skābekli vai degvielu no CO2 ilgstošiem kosmosa lidojumiem. NASA pašlaik veic skābekļa atgūšanu no CO2 daudzpakāpju ķīmiskā procesā; ExoGen padarīs to par vienkāršotu, vienpakāpju procesu.

Pārsteidzoši, pāreja no kosmosa uz Zemes un atkal ir bijusi vienkārša pāreja, saka Sudraba. Viņš saka, ka uzdevums atbalstīt astronautus kosmosā ir ļoti līdzīgs ilgtspējībai uz Zemes. Tas, ko vēlaties darīt kosmosā, ir maksimāli palielināt atkārtotu izmantošanu, vienlaikus samazinot enerģijas patēriņu. Ja mēs skatāmies uz Zemi kā uz kosmosa kuģi, tā ir tā pati problēma.

Ar EcoVolt un citiem tā notiekošajiem projektiem Cambrian vispārējais mērķis, Silver saka, ir izmantot biotehnoloģiju, lai veicinātu ilgtspējīgu rūpniecisko ekoloģiju, kur rūpniecības atkritumi tiek pārstrādāti, lai radītu enerģiju un vērtību — līdzīgi kā dabiskajās ekosistēmās.

Dabiskā ekosistēmā patiešām nav tādas lietas kā atkritumi, saka Sudraba. Tas ir tikai vēl viens resurss.

paslēpties