Das Stanford-Labor baut ein Wasser

Da der amerikanische Westen mit einer beispiellosen Dürre konfrontiert ist, besteht eine vielversprechende Lösung in der Ausweitung von Wasserrecyclingprogrammen und -technologien. Das William and Cloy Codiga Resource Recovery Center (CR2C) in Stanford wurde durch die Nachfrage nach Lösungen beflügelt und expandiert weiter, während es seine Mission der Erforschung der Rückgewinnung und des Recyclings von Wasser- und Energieressourcen wahrnimmt.

In den letzten Jahren gerieten die Wassersysteme im Westen der USA immer stärker unter Druck, was heute in der schweren Dürre gipfelte. Die Wasserressourcen im Westen sind knapp, und dennoch wächst die Bevölkerung weiter, sodass dringend nach nachhaltigen Lösungen gesucht werden muss.

„Die Tatsache, dass wir ein paar Jahre nach einer schweren Dürre wieder in einer Dürre sind – das ist problematisch und ein echtes Problem“, sagte Newsha Ajami, Direktorin für städtische Wasserpolitik bei Stanfords Water in the West-Programm . „Es ist ein wirklich problematisches Thema, insbesondere weil wir trockenere und heißere Dürren erleben als früher.“

Aber aufgrund der Dürregeschichte in der Vergangenheit haben sich die meisten Gerichtsbarkeiten in Kalifornien mit den „niedrigsten hängenden Früchten“ im Hinblick auf den Wasserschutz befasst, so CR2C-Geschäftsführer Sebastien Tilmans MS '10 Ph.D. '15 sagte. Die Lösung besteht also nicht einfach darin, den Wasserverbrauch zu senken, da ein Großteil des aktuellen Wasserbedarfs ziemlich starr ist; Stattdessen sei das Wasserrecycling, so Tilmans, auf lange Sicht von entscheidender Bedeutung für ein nachhaltiges Wassersystem.

Aber Finanzierung und Regulierung hinken hinterher. Viele aktuelle Wasserrecyclingsysteme in Kalifornien, darunter viele, die im Zusammenhang mit der Verabschiedung des Clean Water Act im Jahr 1972 gebaut wurden, nähern sich dem Ende ihres Lebenszyklus oder haben es bereits überschritten. Noch wichtiger ist, dass sie Technologien verwenden, deren Betrieb eine erhebliche Menge Strom verbraucht. Und genau an diesem Mangel setzen die Forschungsinitiativen von CR2C an.

CR2C ist eine aktive Forschungseinrichtung auf dem Stanford-Campus, versteckt hinter einer Polizeistation und einer Bank. Es besteht aus einer unscheinbaren Ansammlung von Gehwegen, farbigen Rohren, Tanks und Zählern, die alle durch ein Metalldach vor den Elementen geschützt sind. Die Tanks und Rohre ermöglichen aktive Experimente mit echtem Abwasser, das aus dem Abwasserauslass von Stanford abgesaugt wird.

Das aus den Experimenten resultierende Material wird dann wieder in den regulären Abwasserstrom von Stanford eingespeist, der zur Kläranlage in Palo Alto fließt und dort als normales Abwasser behandelt wird. Obwohl alles, was CR2C derzeit in seinen Tanks produziert, ausschließlich zu Forschungszwecken dient, besteht das letztendliche Ziel darin, dass Abwasser, das mit den von CR2C getesteten Verfahren behandelt wird, in tatsächlichen Wassersystemen wiederverwendet werden kann.

Die am CR2C durchgeführte Forschung variiert, aber der leuchtende Stern des Programms ist ein Projekt, bei dem neue anaerobe biologische Abwasserbehandlungsmethoden getestet werden. Derzeit erfolgt eine solche biologische Behandlung üblicherweise aerob und wird mit Bakterienarten durchgeführt, die eine ständige Zufuhr von Sauerstoff benötigen. Dieser Prozess verbraucht enorm viel Energie und erzeugt unerwünschte Nebenprodukte, darunter Kohlendioxid.

Die anaerobe Behandlung, die keinen Sauerstoff benötigt, wird typischerweise als zu langsam für eine kommerzielle, großtechnische Nutzung angesehen. Aber das von CR2C getestete anaerobe System namens Staged Anaerobic Fluidized Membrane Bioreactor (SAF-MBR) erfordert nicht nur keine Sauerstoffpumpe, sondern produziert sogar Methan, das dann zur Energieerzeugung verwendet werden kann.

Laut Tilmans ist die modellierte Energieausbeute aus der Verbrennung des produzierten Methans in einer SAF-MBR-Anlage im Gegensatz zu den heute üblichen stromfressenden Aufbereitungsanlagen größer als die Energie, die für den Betrieb des Systems im vollen Umfang erforderlich ist.

„Man könnte sich eine Zukunft vorstellen, in der diese Kläranlagen in grüne Kraftwerke umgewandelt werden könnten“, sagte Tilmans. „Sie produzieren also nicht nur sauberes Wasser, sondern auch erneuerbare Energie.“

Als Erweiterung der SAF-MBR-Tests hat CR2C kürzlich eine Partnerschaft mit Silicon Valley Clean Water, einer Abwasseraufbereitungsgruppe in der Bay Area, geschlossen, um eine sekundäre Testaufbereitungsanlage in Redwood City zu errichten. Bei diesem zweiten Standort handelt es sich im Wesentlichen um eine größere Version des Standorts auf dem Stanford-Campus, der für die Durchführung weiterer Experimente in größerem Maßstab gebaut wurde.

Das Redwood City-System ging Anfang des Jahres online und das SAF-MBR hat vielversprechende Ergebnisse erzielt. Seit letztem Monat läuft die Anlage unter voller Auslastung und die resultierende Wasserqualität hat das Zielniveau erreicht.

Derzeit wird das Abwasser nur bis zu einem Punkt zurückgewonnen, an dem es sicher in die Umwelt abgegeben werden kann. Die nächste Forschungsphase besteht darin, Technologien zu testen, von denen CR2C hofft, dass sie das Abwasser bis zur Trinkwasserqualität bringen können.

Die aktuelle Dürre im Westen erhöht die Dringlichkeit der Arbeit von CR2C auf einzigartige Weise. Obwohl Dürren in der Region häufig vorkommen, hatten traditionelle Wasserreserven wie Schneedecke, Grundwasserbecken und Stauseen dieses Mal keine Chance, sich zwischen Dürreperioden wie üblich zu erholen, so Ajami vom Water in the West-Programm.

„Weil wir in einer Dürre waren, rauskamen und dann ein paar Jahre später wieder drin waren, hat sich unser System noch nicht vollständig erholt“, sagte Ajami. „Es stellt definitiv die Widerstandsfähigkeit unserer Umgebung, unseres Systems als Ganzes auf die Probe.“

Beim Testen dieser Widerstandsfähigkeit kommt die Abwasserrückgewinnung ins Spiel, und CR2C hofft, sein Potenzial unter Beweis stellen zu können. „Wir versuchen, die Sichtweise der Menschen auf Abwasser zu verändern, weg von der Vorstellung, dass es sich um gefährlichen Abfall handelt, der entsorgt werden muss, hin zu der Vorstellung, es sei ein Erz, das gereinigt werden muss“, sagte Tilmans.

„Ich betrachte das Wasserrecycling als entscheidend für unsere Strategie in Kalifornien, und ich denke, es geht nicht darum, ob wir das Wasser recyceln, sondern wann und wie“, fügte er hinzu.

Auch die Universität ist vor der Dürre nicht gefeit und denkt kritisch über diese Fragen des Wasserschutzes und der Wasserbewirtschaftung nach – insbesondere, da die Universität Pläne zur Erweiterung hat. Der Wasserverbrauch ist von 2,5 Millionen Gallonen pro Tag im Jahr 2000 auf jetzt 1,5 Millionen Gallonen pro Tag zurückgegangen.

Aber wie Tilmans über Kommunen in ganz Kalifornien sagte, „sind die ‚einfachen‘ Einsparungen erzielt worden“, wie Tom Zigterman, der leitende Direktor für Wasserressourcen und zivile Infrastruktur in Stanford, in einer E-Mail schrieb. „Aber wir können noch mehr tun“, fügte er hinzu und nannte Pläne, die von der Regenwasserauffangung bis zur Nutzung von nicht trinkbarem Seewasser zur Bewässerung reichen, als Wege, die die Universität verfolgt, um die Dürrebedingungen weiter zu mildern.

Tilmans und CR2C hoffen, dass sie es auf diese Liste schaffen; Es gab Gespräche mit der Universität über eine Partnerschaft zum Bau einer umfassenden Wasserrecyclinganlage auf dem Campus. Bisher hat die Universität jedoch keine Zusagen gemacht.

Tilmans hofft, dass Stanford irgendwann den Sprung schaffen wird.

„In der heutigen Welt ist es irgendwie notwendig – es ist die kluge Entscheidung“, sagte er über die Umsetzung robuster Wasserrecyclingprogramme. „Wir glauben, dass dies ohne Frage der richtige Weg ist und es Stanford grundsätzlich ermöglichen würde, in Fragen der Nachhaltigkeit weiterhin führend zu sein, indem es einen Weg nach vorne aufzeigt.“

Dieser Artikel wurde korrigiert, um klarzustellen, dass das letztendliche Ziel von CR2C, aufbereitetes Wasser wieder in die Wasserversorgung einzuspeisen, nicht speziell mit dem Wassersystem von Stanford zusammenhängt, und um zu verdeutlichen, dass der Wasserverbrauch der Universität zwar zurückgegangen ist, kein Campusgebäude jedoch Grauwasser für Toiletten oder Ähnliches verwendet andere Verwendung.

Evan Peng '22 ist ein Nachrichtenautor und ehemaliger Zeitschriftenredakteur und Chefredakteur für Fotografie. Er kommt aus San Diego, Kalifornien (Go Padres!) und studiert Linguistik. Finden Sie ihn auf Instagram @evan.png oder auf Twitter @thepngfile.