.
As estações municipais de tratamento de águas residuais emitem quase o dobro da quantidade de metano na atmosfera do que os cientistas acreditavam anteriormente, de acordo com uma nova pesquisa da Universidade de Princeton. E como o metano aquece o planeta 80 vezes mais do que o dióxido de carbono em 20 anos, isso pode ser um grande problema.
“O setor de resíduos é uma das maiores fontes antropogênicas de metano do mundo”, disse Mark Zondlo, professor de engenharia civil e ambiental e docente associado do Andlinger Center for Energy and the Environment. “À medida que as cidades continuam a se urbanizar e desenvolver planos líquidos zero, elas não podem ignorar o setor de tratamento de águas residuais líquidas.”
Zondlo liderou um dos dois novos estudos sobre o assunto, ambos relatados em artigos publicados na Ciência e Tecnologia Ambiental. Um estudo realizou medições de emissões de metano no solo em 63 estações de tratamento de águas residuais nos Estados Unidos; o outro usou métodos de aprendizado de máquina para analisar dados de literatura publicados de estudos de monitoramento de metano de vários processos de coleta e tratamento de águas residuais em todo o mundo.
“Poucas pessoas estudaram as emissões de metano associadas à infraestrutura de águas residuais, embora saibamos que é um ponto crítico para a produção de metano”, disse Z. Jason Ren, que liderou o segundo estudo. Ren é professor de engenharia civil e ambiental e do Andlinger Center for Energy and the Environment.
O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) estabeleceu diretrizes que permitem que pesquisadores e instituições como a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) estimem as emissões de metano de estações de tratamento de águas residuais com base em seus processos de tratamento específicos. No entanto, essas diretrizes foram desenvolvidas a partir de medições limitadas em um número relativamente pequeno de estações de tratamento de águas residuais.
E quando os pesquisadores usaram o Princeton Atmospheric Chemistry Experiment (PACE) Mobile Laboratory para quantificar as emissões de toda a planta, medindo as plumas de 63 estações de tratamento na costa leste e na Califórnia, eles descobriram que as diretrizes do IPCC subestimavam consistentemente as estações de tratamento de todos os tamanhos. e processos de tratamento.
Se os resultados dessas 63 usinas forem representativos, as emissões reais de metano das instalações de tratamento de águas residuais nos EUA seriam cerca de 1,9 vezes maiores do que as estimativas de emissões que usam as diretrizes existentes do IPCC e da EPA, o que significa que essas diretrizes subestimam as emissões de metano equivalentes a 5,3 milhões de toneladas métricas de dióxido de carbono.
Curiosamente, a equipe de pesquisa que realizou o segundo estudo independente para analisar os dados da literatura sobre as emissões de metano chegou a uma conclusão semelhante: as emissões estimadas de metano do tratamento de águas residuais municipais nos EUA eram cerca do dobro do que as diretrizes existentes previam.
“Conseguimos mostrar, usando duas abordagens diferentes, que as emissões de metano são um problema muito maior para o setor de águas residuais do que se pensava anteriormente”, disse Ren.
Os suspeitos de sempre nas emissões de metano em águas residuais
Os pesquisadores acreditam que, como as diretrizes do IPCC foram desenvolvidas a partir de medições limitadas em um pequeno número de estações de tratamento de águas residuais, elas podem não representar com precisão a variação nas emissões que existe entre as instalações.
“As diretrizes pressupõem um certo nível de eficiência nesses sistemas de tratamento de águas residuais que podem não existir de planta para planta”, disse Daniel Moore, primeiro autor do estudo de medição direta e aluno de pós-graduação em engenharia civil e ambiental. Ele apontou para vazamentos e equipamentos ineficientes que podem passar despercebidos nas estações de tratamento de águas residuais, mas podem levar a emissões significativas de gases de efeito estufa.
Cuihong Song, primeiro autor da revisão crítica e pesquisador de pós-doutorado em engenharia civil e ambiental em Princeton, disse que as estações de tratamento equipadas com digestores anaeróbicos estavam entre os maiores vazamentos de metano.
Os digestores anaeróbicos são vasos herméticos contendo micróbios anaeróbicos que trabalham sem oxigênio para decompor o lodo de águas residuais ou resíduos sólidos e produzir biogás rico em metano no processo. Esse metano pode ser usado para gerar calor ou eletricidade para alimentar outros aspectos do processo de tratamento.
Mas quando os digestores anaeróbicos operam de forma ineficiente, vazamentos e acúmulos de pressão podem permitir que o metano escape como emissões fugitivas. “Se o digestor não for hermético, você pode acabar com altas emissões de metano”, disse Song. Os pesquisadores descobriram que plantas com digestores anaeróbicos emitiam mais de três vezes mais metano do que plantas sem digestores.
Emissões mais altas de digestores anaeróbios podem ser um problema sério: enquanto as estações de tratamento de águas residuais equipadas com digestores anaeróbicos representam menos de 10% de todas as estações de tratamento nos EUA, a maioria dessas estações são grandes instalações que, juntas, tratam cerca de 55% do águas residuais no país.
“Muito dinheiro está sendo investido na redução das emissões com a implementação desses digestores, porque, em teoria, são sistemas fechados. Quando estão funcionando corretamente, você pode centralizar o metano em um único local”, acrescentou Moore. “São as ineficiências e vazamentos que causam muitos dos problemas.”
Juntamente com os digestores anaeróbicos, a revisão crítica descobriu que as emissões de metano dos sistemas de esgoto contribuem significativamente para as emissões de metano em todo o país. No entanto, as diretrizes atuais em grande parte não levam em conta as emissões fugitivas de metano dos esgotos, que os pesquisadores disseram ser importante contabilizar em futuros inventários de gases de efeito estufa.
“Temos mais de um milhão de milhas de esgotos nos Estados Unidos, cheios de matéria orgânica rica que pode estar causando emissões de metano, mas temos muito pouco conhecimento de seu escopo”, disse Ren.
Melhor monitoramento, melhores orientações
Os pesquisadores agora estão trabalhando com parceiros para construir um inventário e uma metodologia que permitiriam aos gerentes monitorar facilmente suas emissões de metano. Ao identificar as fontes no processo de tratamento de águas residuais que liberam a maior parte das emissões de metano, seu trabalho também pode informar os esforços para mitigar as emissões fugitivas.
“O metano tem um tempo de vida curto na atmosfera, portanto, se formos capazes de cortar o fluxo de emissões em todo o país, a contribuição do metano para o aquecimento diminuirá rapidamente”, disse Moore. “Daqui a dez anos, não precisaríamos nos preocupar tanto com o metano.”
Ren acrescentou que o metano produzido a partir de processos como a digestão anaeróbica também serve como uma valiosa fonte de energia. “Ao identificar e mitigar as emissões fugitivas de metano, veríamos benefícios duplos”, disse ele. “Reduziríamos as emissões de gases de efeito estufa no curto prazo e maximizaríamos a quantidade de metano que podemos recuperar do processo de tratamento de águas residuais”.
Ainda assim, é necessário mais trabalho para monitorar as emissões de metano em várias escalas de tempo de estações de tratamento e redes de esgoto de diferentes tamanhos e processos de tratamento.
Por exemplo, poucos estudos realizaram monitoramento contínuo e de longo prazo das emissões de metano das estações de tratamento de águas residuais, embora a taxa de emissão possa variar diariamente ou mesmo sazonalmente, sendo geralmente maior na primavera e no verão do que no inverno. “Em última análise, precisamos ter uma contabilidade completa das emissões das fábricas em vários prazos”, disse Zondlo. Ele acrescentou que análises preliminares de medições subsequentes de plantas adicionais em várias épocas do ano destacaram a importância de entender a variação sazonal nas emissões.
Ao mesmo tempo, os pesquisadores precisarão desenvolver melhores métodos de amostragem para entender as emissões de áreas de difícil acesso, como esgotos, uma vez que a natureza difusa das redes de esgoto, juntamente com seus altos níveis de umidade, dificulta a captura de uma imagem precisa das emissões com metodologias existentes.
Ao superar esses obstáculos e continuar seus esforços de monitoramento, os pesquisadores poderiam contribuir para um esforço mais amplo para criar diretrizes atualizadas que estimassem melhor as emissões de metano do setor de águas residuais.
“Muitas agências estão reconhecendo que é importante estudar as emissões de metano do setor de águas residuais”, disse Ren. “Esta pesquisa não está apenas relatando nossas próprias descobertas. Estamos ecoando o que a comunidade de pesquisa mais ampla observou e identificou como uma lacuna significativa de conhecimento”.
O apoio aos projetos de pesquisa foi fornecido pelo Programa de Energia e Meio Ambiente da Fundação Alfred P. Sloan (premiado juntamente com a líder do projeto, Francesca Hopkins, da Universidade da Califórnia, Riverside), o High Meadow Environmental Institute por meio do Clear Water Challenge e o Water Research Foundation através do Prêmio Paul L. Busch.
.
