O esgoto de uma pessoa éo tesouro de outra. Um novo estudo da Universidade de Stanford abre caminho para a mineração de esgoto para materiais valiosos usados ​​em fertilizantes e baterias que um dia poderiam alimentar smartphones e aviaµes. A análise, publicada recentemente na ACS ES&T Engineering , revela como otimizar os processos elanãtricos para transformar a poluição por enxofre e pode ajudar a levar a um tratamento de a¡guas residuais acessa­vel e movido a energia renova¡vel que cria águapota¡vel.

“Estamos sempre procurando maneiras de fechar o ciclo dos processos de fabricação química”, disse o autor saªnior do estudo Will Tarpeh, professor assistente de engenharia química em Stanford. "O enxofre éum ciclo elementar chave com espaço para melhorias na conversão eficiente de poluentes de enxofre em produtos como fertilizantes e componentes de baterias".

Amedida que os suprimentos de águadoce diminuem, principalmente em regiaµes a¡ridas, o foco se intensificou no desenvolvimento de tecnologias que convertem a¡guas residuais em águapota¡vel . Processos de membrana que usam ambientes anaera³bicos ou livres de oxigaªnio para filtrar a¡guas residuais são particularmente promissores porque requerem relativamente pouca energia. No entanto, esses processos produzem sulfeto , um composto que pode ser ta³xico, corrosivo e malcheiroso. Estratanãgias para lidar com esse problema, como a oxidação química ou o uso de determinados produtos químicos para converter o enxofre em sãolidos separa¡veis, podem gerar subprodutos e gerar reações químicas que corroem as tubulações e dificultam a desinfecção da a¡gua.

Uma solução tentadora para lidar com a produção de sulfeto da filtragem anaera³bica estãona conversão do sulfeto em produtos químicos usados ​​em fertilizantes e materiais cata³dicos para baterias de la­tio-enxofre, mas os mecanismos para isso ainda não são bem compreendidos. Assim, Tarpeh e seus colegas decidiram elucidar uma abordagem econa´mica que não criaria subprodutos qua­micos.

Os pesquisadores se concentraram na oxidação eletroquímica do enxofre, que requer baixo consumo de energia e permite o controle preciso dos produtos finais de enxofre. Enquanto alguns produtos, como o enxofre elementar, podem se depositar nos eletrodos e retardar as reações químicas, outros como o sulfato podem ser facilmente capturados e reutilizados. Se funcionasse de forma eficaz, o processo poderia ser alimentado por energia renova¡vel e adaptado para tratar a¡guas residuais coletadas de prédios individuais ou cidades inteiras.

Fazendo uso inovador da microscopia eletroquímica de varredura - uma técnica que facilita instanta¢neos microsca³picos dassuperfÍcies dos eletrodos enquanto os reatores estãooperando - os pesquisadores quantificaram as taxas de cada etapa da oxidação eletroquímica do enxofre, juntamente com os tipos e quantidades de produtos formados. Eles identificaram as principais barreiras químicas para a recuperação de enxofre, incluindo incrustação de eletrodos e quais intermediários são mais difa­ceis de converter. Eles descobriram, entre outras coisas, que parametros operacionais variados, como a tensão do reator, podem facilitar a recuperação de enxofre de baixa energia das a¡guas residuais.

Esses e outros insights esclareceram as compensações entre eficiência energanãtica, remoção de sulfeto, produção de sulfato e tempo. Com eles, os pesquisadores delinearam uma estrutura para informar o design do futuro sulfeto eletroqua­mico processos eletroquímicos de oxidação de sulfetos que equilibram a entrada de energia, a remoção de poluentes e a recuperação de recursos. Olhando para o futuro, a tecnologia de recuperação de enxofre também pode ser combinada com outras técnicas, como a recuperação de nitrogaªnio de a¡guas residuais para produzir fertilizante de sulfato de ama´nio. O Codiga Resource Recovery Center, uma estação de tratamento em escala piloto no campus de Stanford, provavelmente desempenhara¡ um grande papel na aceleração do projeto e implementação futuros dessas abordagens.

"Esperamos que este estudo ajude a acelerar a adoção de tecnologia que mitiga a poluição, recupere recursos valiosos e crie águapota¡vel ao mesmo tempo", disse o principal autor do estudo, Xiaohan Shao, Ph.D. estudante de engenharia civil e ambiental em Stanford.

Tarpeh também éprofessor assistente (por cortesia) de engenharia civil e ambiental , bolsista do centro (por cortesia) do Stanford Woods Institute for the Environment, um acadêmico afiliado ao Programa de Stanford sobre agua, Saúde e Desenvolvimento e membro do Stanford Bio-X. Autor adicional Sydney Johnson era um estudante de graduação em engenharia química em Stanford no momento da pesquisa.