Por que é que os serviços de águas têm de dar prioridade à redução das emissões de óxido nitroso
O óxido nitroso (N2O) pode ser um dos maiores contribuidores para as emissões de gases com efeito de estufa resultantes do tratamento de águas residuais, mas o setor da água ainda tem um longo caminho a percorrer para implementar soluções para a monitorização, controlo e comunicação destas emissões. Quais algumas das medidas que os serviços de águas podem tomar agora para começar a gerir as emissões de N2O e que soluções podem esperar no futuro? O especialista da Xylem, Dr. Oliver Puckering, explica.
Um inquérito da Xylem a 100 serviços de águas em 2023 descobriu que 75% tinha planos para reduzir as emissões de gases com efeito de estufa até 2040, e muitos já estavam a reduzir as emissões instalando tecnologias mais eficientes em termos energéticos e usando soluções digitais para otimizar as operações. Apesar do seu impacto significativo, os serviços de águas classificaram as emissões de processo, como o metano e o óxido nitroso, perto das últimas entre as suas prioridades de ação.
Para compreender por que motivo os serviços de águas deverão dar prioridade às emissões de óxido nitroso e como tomar medidas de ação, a Making Waves falou com o Dr. Oliver Puckering, responsável do programa Acelerador de Parcerias da Xylem Innovation Labs.
Q. Por que é tão importante que as estações de tratamento de águas residuais tomem medidas para reduzir as emissões de óxido nitroso?
O óxido nitroso tem um potencial de aquecimento global 300 vezes superior ao do dióxido de carbono. Visto que muitos serviços de águas se comprometeram com objetivos de zero emissões líquidas, reduzir as emissões de óxido nitroso terá um papel muito importante no cumprimento desses objetivos.
O óxido nitroso é gerado nas estações de tratamento de águas residuais durante os processos de nitrificação e desnitrificação, que são usados para remover amoníaco e proteger as águas recetoras de cargas prejudiciais de nitrogénio. Operações de processo subaproveitadas podem produzir maiores níveis de óxido nitroso, que é depois separado do líquido e libertado na atmosfera quando é acrescentado ar adicional através dos sopradores.
A pesquisa da Xylem mostra que as emissões de N2O podem representar entre 25 e 75% das emissões totais da estação de tratamento, dependendo do processo e da mistura de eletricidade, enquanto que outros estudos sobre emissões de N2O mostraram emissões de N2O que representam 60 a 80% das emissões totais. As emissões de N2O flutuam consistentemente – são influenciadas pelos padrões sazonais e por fatores como a temperatura, cargas de nitrogénio e padrões de necessidades de aeração nas estações de tratamento.
Aumentar a compreensão das emissões de óxido nitroso em estações de tratamento de águas residuais será necessário para que os serviços de águas cumpram os seus objetivos de emissão de gases com efeito de estufa e para estabelecer uma base firme para as emissões totais do setor da água.
Q: Que tecnologia está atualmente disponível para medir as emissões de N2O?
Em comparação com a tecnologia para medir as variáveis de processo padrão, como o amoníaco, oxigénio dissolvido e sólidos em suspensão, as soluções de medição fiáveis estão ainda na sua infância. Contudo, à medida que as regulamentações se tornam mais rigorosas, esperamos ver um desenvolvimento tecnológico significativo. Uma variedade de soluções de monitorização para N2O já emergiu, com alguns a usar medição direta e outros a confiar no uso de modelos para estimar a produção e libertação de N2O.
Já estão disponíveis sensores capazes de medir diretamente N2O na fase líquida, gasosa ou em ambas. Embora estes sensores ofereçam medições fiáveis dentro do seu intervalo específico, a sua implementação em grande escala em diversas estações de tratamento continua a ser um desafio. Apesar disso, provaram ser benéficos para realizar campanhas anuais para medir N2O em localizações especiais dentro das estações de tratamento, como nos reservatórios de lamas ativadas.
Q: Como é que o uso de modelos de emissões de N2O difere das medições diretas?
Os modelos empíricos e baseados no risco incluem parâmetros como oxigénio dissolvido, nitritos, nitratos e dinâmica de fluídos computacional. Estes modelos oferecem uma compreensão abrangente das emissões de N2O e são apelativos devido à sua facilidade de implementação e dimensionamento. Embora enfrentem desafios de validação e verificação, os serviços de águas de todo o mundo estão a adotar cada vez mais estes modelos em projetos de demonstração, acelerando o processo de validação.
A monitorização em tempo real de emissões de N2O, quer através de medição direta quer do uso de modelos, é essencial para estratégias de mitigação informadas.
Os sistemas de apoio à decisão com aprendizagem de máquinas, por exemplo, pode usar dados de monitorização de N2O para otimizar as condições operacionais, incluindo o controlo de oxigénio e o retorno de lamas ativadas. Isto minimiza a geração de N2O e, por conseguinte, o risco de emissões através da separação de gás durante os processos de nitrificação e desnitrificação, ao mesmo tempo que cumpre os requisitos de tratamento.
Q: Que novos métodos podem ser usados para impedir a produção de N2O?
É importante compreender que apesar de as soluções de mitigação conseguirem reduzir as emissões de N2O, podem não conseguir eliminar totalmente a formação de N2O, que é intrínseca aos processos de tratamento biológico. Identificar tecnologias e metodologias de tratamento alternativas é essencial para que os serviços de águas comecem a afastar-se gradualmente dos processos de lamas ativas e a aproximar-se da recuperação de recursos.
Muitos serviços de águas implementaram estes processos de recuperação alternativos, quer sejam físicos, químicos, ou naturais melhorados (como o tratamento com algas), para remover os processos que produzem N2O. Para produzir a cadeia de tratamento mais eficiente e eficaz, os serviços de águas deveriam avaliar as suas opções com base nas necessidades específicas do local, e não adotar uma solução única para todos.
Q: Que diretrizes estão disponíveis para ajudar os serviços de águas a estimar as suas emissões de N2O?
Em 2019, o Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas (IPCC) apresentou as diretrizes com uma abordagem escalonada para a estimativa de emissões de N2O. Estas diretrizes podem ser um bom ponto de partida para aumentar a consciencialização para as emissões de N2O mas, no entanto, muitas vezes subestimam as emissões reais, dificultando um planeamento preciso dos esforços de mitigação.
Há diversas medidas que os serviços de águas podem tomar atualmente para começar a avaliar e a reduzir as emissões de óxido nitroso reais.
Os serviços de águas deverão iniciar uma abordagem estratégica, focando-se nas suas maiores estações de tratamento com os padrões de aeração mais complexos, a par do controlo das emissões e energia combinada. Isto irá permitir aos serviços de águas começar a implementar medidas direcionadas, que irão posteriormente formar a base para programas de melhoria mais abrangentes em todo o seu portfólio de estações de tratamento.
Q. Como é que a Xylem Innovation Labs está a trabalhar para desenvolver soluções para a monitorização e controlo de óxido nitroso?
A Xylem Innovation Labs trabalha com start-ups através do programa Acelerador de Parcerias para colocar soluções inovadoras para a água no mercado mais rapidamente. Este programa anual ajuda-nos a identificar, implementar e avaliar tecnologias em todo o espectro dos desafios de clientes e da água global, com as zero emissões líquidas e a sustentabilidade a serem o foco principal.
Abordar as emissões de óxido nitroso representa um grande pilar deste trabalho, incluindo a monitorização de óxido nitroso percursor e direto, o uso de modelos e gémeos digitais e novas opções de tratamento para a recuperação de nutrientes.
Desde que o Acelerador foi lançado em 2022, conduzimos 35 empresas através do programa. Exemplos de três participantes do programa relacionados com diferentes aspetos da redução de emissões são:
- Gross Wen Technologies, que desenvolveu um processo de tratamento de algas para captar e recuperar nutrientes.
- Aquamonitrix, oferecendo um sensor de nitrito e nitrato para monitorizar a acumulação de percursor.
- Cobalt Water Global, disponibilizando um software que avalia o risco do processo de produção e emissão de óxido nitroso.
Saber mais sobre como a Xylem está a ajudar os serviços de águas a atingir os objetivos de zero emissões líquidas.