Le traitement des eaux usées – une épine dorsale peu glamour de la vie urbaine – pourrait offrir un moyen rentable de lutter contre le changement climatique en évacuant les gaz à effet de serre de l'atmosphère.

Dans un article analysant plusieurs approches techniques possibles dans la revue Durabilité de la nature le 18 décembre, 2018, des chercheurs de l'Université de Princeton ont conclu que les stations d'épuration desservant les municipalités du monde entier offrent une option majeure pour capturer le dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre. Tout en avertissant que la recherche et le développement sont nécessaires avant que les systèmes puissent être déployés, l'équipe a identifié plusieurs voies potentiellement viables pour utiliser les eaux usées comme puits de carbone, c'est-à-dire les usines d'égout pourraient nettoyer l'atmosphère comme elles nettoient l'eau.

"L'industrie de l'eau pourrait jouer un grand rôle dans la lutte contre le changement climatique, " a déclaré l'auteur principal Jason Ren, professeur de génie civil et environnemental et du Centre Andlinger pour l'énergie et l'environnement. "C'est une idée très excitante parce que les gens pensent toujours à l'énergie ou au transport, mais l'eau n'a pas été considérée comme un facteur majeur de réduction du carbone."

Les stations d'épuration sont des opérations industrielles massives qui utilisent une variété de techniques pour éliminer les polluants avant que les eaux usées ne retournent dans l'environnement. Bien que la plupart des gens ne pensent jamais aux systèmes, le volume d'eau est ahurissant. La ville de New York, par exemple, gère 14 stations d'égout et traite 1,3 milliard de gallons d'eau par jour (assez pour en remplir environ 22, 000 piscines olympiques.)

Au cours des dernières années, les chercheurs ont proposé des méthodes pour utiliser ces eaux usées pour capturer suffisamment de carbone pour compenser la quantité générée pour alimenter les équipements lourds utilisés pour faire fonctionner les stations d'épuration. Ils ont découvert que certaines techniques permettraient non seulement aux usines d'équilibrer leurs propres émissions (le nettoyage de l'eau nécessite une consommation d'énergie considérable), ils pourraient également absorber le carbone supplémentaire que les opérateurs ont pompé dans les eaux usées au fur et à mesure qu'elles se déplaçaient dans les usines.

« Si vous le considérez comme une ressource, vous pourriez transformer une partie des déchets, y compris le CO2, en produits, " dit Ren. " Tu pourrais vraiment gagner de l'argent. "

Généralement, les opérateurs utiliseraient des tuyaux pour pomper du dioxyde de carbone dans les eaux d'égout des usines. Ils utiliseraient ensuite diverses techniques pour convertir le gaz en minéraux carbonatés, biocarburants ou un engrais à base de boues appelé biochar.

Les chercheurs ont passé en revue une gamme de techniques, notamment :

Capture microbienne du carbone électrolytique

Cette technique utilise une combinaison de bactéries et une faible charge électrique pour modifier l'alcalinité de l'eau et, avec l'ajout de silicates, convertir le dioxyde de carbone en carbonate solide et en bicarbonate. En plus des solides, qui peut être utilisé par l'industrie, le processus crée de grandes quantités d'hydrogène gazeux. Les chercheurs ont noté que cette technique est actuellement utilisée en laboratoire et que des travaux supplémentaires sont nécessaires pour montrer si elle est économique et applicable au niveau industriel.

Electrosynthèse microbienne

L'électrosynthèse microbienne est similaire à la technique d'électrolyse microbienne, sauf que le processus repose sur des bactéries pour capturer directement le dioxyde de carbone et le convertir en d'autres composés organiques tels que l'éthanol ou l'acide formique. Les chercheurs ont noté que la technologie est prometteuse mais que des percées majeures sont nécessaires pour développer pleinement le processus.

Culture de microalgues

La culture de microalgues pourrait être utilisée en complément d'autres procédés. Les algues et les bactéries utilisent le dioxyde de carbone, l'azote et le phosphore dans les eaux usées à croître. Les opérateurs récoltent ensuite les algues, qui peut être utilisé comme aliment pour animaux, pour le traitement des sols ou dans la production de biocarburants. Les chercheurs ont déclaré que les travaux se poursuivent pour identifier les meilleures communautés microbiennes locales, bioréacteurs petits et intensifs, et des techniques efficaces pour séparer les solides et les liquides.

Production de biochar

Cette méthode convertit les boues d'épuration et les microalgues en un matériau qui améliore la capacité du sol à retenir l'eau et les nutriments. La technique, qui élimine les agents pathogènes, est généralement autosuffisant en énergie, bien que la plupart du biochar soit maintenant fabriqué à partir de plantes sèches. Les chercheurs ont déclaré que l'utilisation de boues d'épuration pour fabriquer du biochar peut nécessiter plus d'énergie ou des étapes supplémentaires pour tenir compte de la teneur en eau supplémentaire.

Ren a dit que dans de nombreux endroits, des stations d'épuration sont déjà situées à proximité d'installations industrielles émettant de grandes quantités de dioxyde de carbone telles que les centrales électriques, cimenteries et raffineries. Il a déclaré que l'utilisation des systèmes d'égouts pour capturer le carbone pourrait fournir un retour économique à ces entreprises sous forme de crédits carbone. Il a également déclaré que la technique pourrait être utilisée par des industries qui exploitent déjà leurs propres systèmes de traitement des eaux usées, telles que les producteurs de pétrole et de gaz, brasseurs, et distillateurs. Lors de l'analyse des avantages environnementaux et économiques potentiels d'une telle opération, ils ont découvert que des millions de tonnes de CO2 pouvaient être capturées et utilisées, alors que des milliards de dollars de revenus pourraient être générés aux États-Unis et en Chine, les deux plus gros émetteurs de CO2 au monde.

Les chercheurs ont averti que bien que de nombreuses techniques soient prometteuses, "le concept en est encore à ses balbutiements." Ils ont dit que la pleine utilisation de la technologie exigera le travail non seulement des scientifiques, mais aussi les régulateurs, les investisseurs et l'industrie.

Jerald Schnoor, professeur d'ingénierie à l'Université de l'Iowa, a déclaré que les dirigeants nationaux devraient envisager le traitement des eaux usées dans le cadre des efforts visant à réduire l'empreinte carbone du pays dans les décennies à venir.

« Le traitement des eaux usées est l'un des plus gros consommateurs d'énergie et émetteurs de gaz à effet de serre d'un tableur municipal, " dit Schnoor, qui n'a pas participé à cette recherche. "Des technologies existent à l'échelle pilote pour atteindre des empreintes carbone et énergétique nulles, mais ils ne se sont pas avérés évolutifs ou rentables à l'heure actuelle. Alors que le pays se lance désormais dans des initiatives « d'infrastructure verte », comme étant discuté par le nouveau Congrès, cela devrait être une priorité élevée."