Forskare i Stuttgart utvecklar processer för att utvinna näringsämnen, vätgas och bioplaster ur avloppsvatten – ett steg mot framtidens klimatsmarta bioraffinaderier.
Avloppsvatten ses oftast som ett problem som måste renas innan det kan släppas tillbaka i naturen. Men det är också en outnyttjad resurs. I projektet KoalAplan undersöker forskare vid Fraunhofer-Institutet för gränsytor och bioprocessteknik (IGB) i Stuttgart hur kommunala reningsverk kan utvecklas till bioraffinaderier som levererar både gödsel, vätgas och bioplaster.
I en pilotanläggning vid universitetet i Stuttgart testades under 2024 metoder för att återvinna värdefulla ämnen ur avloppsvatten. Resultaten pekar på att framtidens reningsverk kan bli viktiga nav i den cirkulära ekonomin, där avfall omvandlas till råvaror som ersätter fossilbaserade produkter.
Ammonium som gödsel och vätgas som energibärare
Ett av de största framstegen gäller kvävet i avloppsvattnet. I dagens reningsverk försvinner det som kvävgas ut i atmosfären. Med KoalAplan-processen fångas ammonium i stället upp och återvinns. Resultatet blir en koncentrerad lösning som kan användas direkt som kvävegödsel inom jordbruket.
Samtidigt utvinns vätgas genom så kallad mikrobiell elektrolys, där bakterier omvandlar kortkedjiga organiska syror till gas. Vätgasen kan användas som bränsle eller i industriprocesser, vilket gör att reningsverk i framtiden kan bidra till energiomställningen.
– Genom att ta tillvara dessa resurser istället för att låta dem gå förlorade kan reningsverken bidra både till klimatarbetet och till att ersätta råvaror som annars kommer från fossila källor, säger forskaren Dr. Pravesh Tamang vid Fraunhofer IGB.
Bioplaster från bakterier
En annan del av projektet handlar om att framställa polyhydroxyalkanoater (PHA) – biologiskt nedbrytbara termoplaster – direkt ur avloppsslam. Slammet bryts först ner till kortkedjiga organiska syror. Dessa syror används sedan av bakterier som råvara för att producera PHA.
Den variant som forskarna lyckats framställa är en PHBV-copolymer, en plast som har bättre mekaniska egenskaper än enklare bioplaster. Materialet innehåller cirka 10 procent 3-hydroxyvalerat, vilket gör det mer flexibelt och lättare att forma än många andra bioplaster.
– Vårt PHA-material är mer mångsidigt och kan användas i allt från förpackningar och jordbruksfilmer till medicinska implantat och biobaserade textilier, säger Tamang.
I nästa steg vill forskarna öka andelen 3-hydroxyvalerat till mellan 40 och 70 procent för att få fram ännu mer anpassade material för industrins behov.
Fakta: Vad är PHA-bioplaster?
PHA är en grupp bioplaster som produceras av mikroorganismer. Till skillnad från traditionella plaster, som baseras på olja, är PHA både biobaserade och biologiskt nedbrytbara. De kan brytas ner av mikroorganismer i naturen och lämnar därför inte efter sig mikroplaster.
Särskilt intressant är varianten PHBV, som kombinerar styrka med flexibilitet. Det gör materialet användbart i många olika sammanhang – från engångsartiklar till avancerade medicinska tillämpningar.
Från avloppsrening till bioraffinaderi
Att producera bioplast direkt ur avloppsvatten är tekniskt utmanande eftersom höga syrakoncentrationer är giftiga för bakterierna. Forskarna i Stuttgart har därför utvecklat ett system där bakterierna hålls kvar i reaktorn trots belastningen. På så sätt kan de fortsätta växa och producera mer PHA.
I pilotanläggningen visade resultaten att hela 97 procent av kolet i syrorna kunde tas upp och omvandlas till biomassa och PHA. Det innebär att nästan inget går till spillo. Samtidigt minskade utsläppen av koldioxid som normalt bildas i ett reningsverk.
– Genom att kombinera vattenrening med resursåtervinning kan vi skapa en helt ny roll för framtidens reningsverk. De blir inte bara en plats för att rena vatten, utan även en viktig del av råvaruförsörjningen, säger Tamang.
Industriellt intresse och klimatnytta
KoalAplan har väckt intresse både hos lantbruket och plastindustrin. För jordbruket innebär ammoniumlösningen en lokal kvävekälla som minskar importbehovet. För industrin kan PHA ersätta fossil plast i en rad användningsområden.
Samtidigt passar projektet in i EU:s strategi för att öka självförsörjningen på kritiska råvaror och fasa ut plast som bidrar till stora utsläpp. Målet är att mer av de plaster som används i Europa ska komma från återvunna eller biobaserade källor.
Internationella satsningar
KoalAplan är inte ensamt. I Danmark testas processer för att utvinna fosfor ur slammet i Köpenhamns avloppsreningsverk, medan man i Finland driver pilotprojekt för att ta fram bioplast från restprodukter i skogsindustrin.
I Sverige har forskare vid Chalmers i Göteborg utvecklat metoder för att producera biogas och vätgas ur avloppsslam. Där betonas särskilt möjligheten att stärka landets energiförsörjning och minska beroendet av importerad naturgas.
På EU-nivå är initiativet en del av EU:s handlingsplan för cirkulär ekonomi, som syftar till att öka återvinningen av kritiska råvaror. Målet är att senast 2030 ska en fjärdedel av de material som industrin använder komma från återvunnet material.
– Vi ser en tydlig trend i hela Europa där reningsverk blir till bioraffinaderier. Det innebär att avloppsvatten i framtiden inte längre ses som ett problem, utan som en resurs, säger en analytiker vid den europeiska miljöorganisationen Zero Waste Europe.
Framtiden för biobaserade råvaror
Att producera bioplaster och vätgas ur avloppsvatten är fortfarande i pilotfas, men resultaten pekar på en stor potential. Om tekniken skalas upp kan det bidra till att minska beroendet av importerade råvaror, skapa nya affärsmöjligheter och stärka klimatarbetet.
Källa: Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Zero Waste Europe, Chalmers tekniska högskola
