Nguyên mẫu của Stanford biến chất thải người thành phân bón và năng lượng
Một nhóm nghiên cứu do Đại học Stanford dẫn đầu đã phát triển hệ thống nguyên mẫu có khả năng biến nước tiểu thành phân bón giá trị đồng thời sản xuất năng lượng tái tạo. Công trình, công bố trên tạp chí Nature Water, cho thấy công nghệ điện hoá sử dụng năng lượng mặt trời có thể đồng thời giải quyết nhu cầu vệ sinh, cung cấp phân bón bền vững và điện năng ở các khu vực hạ tầng hạn chế.
Hệ thống thu hồi nitơ từ nước tiểu dưới dạng amoni sunfat, loại phân bón phổ biến. Quá trình sử dụng điện mặt trời để tách ion qua màng, đồng thời tận dụng nhiệt thải từ mặt sau tấm pin mặt trời nhằm tăng tốc quá trình thu hồi amoniac. Việc kết hợp đồng thời sản xuất điện và khai thác nhiệt giúp nâng cao hiệu quả năng lượng và năng suất phân bón.
Trên toàn cầu, lượng nitơ trong nước tiểu con người tương đương gần 14% nhu cầu phân bón hằng năm. Tuy nhiên, sản xuất phân bón nitơ truyền thống tiêu tốn nhiều carbon và tập trung chủ yếu ở các quốc gia giàu có, khiến chi phí cao đối với các nước đang phát triển. Với khả năng sản xuất phân bón tại chỗ bằng năng lượng mặt trời, nguyên mẫu này mở ra giải pháp thay thế bền vững và hợp lý về chi phí.
Mô hình kinh tế cho thấy tại các quốc gia như Uganda, nơi phân bón đắt đỏ và lưới điện còn hạn chế, hệ thống có thể tạo ra giá trị hơn 4 USD cho mỗi kg nitơ thu hồi—cao gấp đôi so với tiềm năng kinh tế tại Hoa Kỳ.
Công nghệ này cũng góp phần giải quyết vấn đề vệ sinh. Hơn 80% lượng nước thải toàn cầu không được xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước và hiện tượng tảo nở hoa làm suy thoái hệ sinh thái. Bằng cách loại bỏ nitơ khỏi nước tiểu, hệ thống giúp chất lỏng còn lại an toàn hơn để xả thải hoặc tái sử dụng tưới tiêu.
Các nhà nghiên cứu hiện đang phát triển nguyên mẫu lớn hơn với công suất xử lý gấp ba lần. Ngoài nông nghiệp, những bài học từ nghiên cứu này còn có thể áp dụng cho xử lý nước thải công nghiệp và thu hồi năng lượng tại các cơ sở quy mô lớn trên toàn thế giới.
“Dự án này cho thấy có thể giải quyết đồng thời các thách thức về nước, thực phẩm và năng lượng chỉ với một hệ thống,” tác giả chính Orisa Coombs cho biết. “Giải pháp sạch, có thể mở rộng và hoàn toàn vận hành nhờ năng lượng mặt trời.”
