Elk jaar produceren mensen over de hele wereld miljarden tonnen vast afval. Ongeveer 70% van dit afval komt terecht op stortplaatsen, waar het langzaam vergaat. Maar wat misschien een inerte opeenhoping van nutteloos afval lijkt, is in werkelijkheid een complex ecosysteem dat wemelt van microbiële activiteit. Enorme gemeenschappen van micro-organismen voeden zich met het afval en zetten het om in bijproducten – voornamelijk koolstofdioxide (CO2) en methaan.
Terwijl het meeste methaan op de stortplaats wordt opgevangen en afgefakkeld, hopen onderzoekers in plaats daarvan gebruik te maken van deze hulpbron, die kan worden omgezet in brandstoffen, elektriciteit of kan worden gebruikt voor het verwarmen van huizen (zie hieronder).
In een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Applied and Environmental Microbiology, onderzoekt hoofdauteur Mark Reynolds, samen met zijn collega’s van de Arizona State University en Industrial, deze microbiële gemeenschappen die floreren in percolaat, een vloeistof die door vast afval op een stortplaats sijpelt. Ze ontdekken dat de samenstelling en het gedrag van specifieke microben die worden aangetroffen op droge stortplaatsen, zoals die in Arizona, verschillen van vergelijkbare gemeenschappen in meer subtropische of gematigde klimaten. De microbiële samenstelling verschilt ook afhankelijk van de ouderdom van de stortplaatsen.
Het project werd uitgevoerd op de Salt River Landfill in Scottsdale, in de buurt van de Tempe-campus van ASU. De faciliteit ontvangt dagelijks ongeveer 1.600 ton vast stedelijk afval.
Vast afval: een storing
De studie onderzoekt de microbiële samenstelling op ecosysteemniveau in percolaat. Diverse omgevingsomstandigheden hebben schijnbaar invloed op de microbiële niches die zijn verdeeld over de 143 hectare van de stortplaats.
advertentie
“Ik zie een stortplaats als een groot koolstofbuffet voor deze micro-organismen”, zegt Reynolds, een onderzoeker in het Biodesign Swette Center for Environmental Biotechnology. “Ons afval is meestal papierzwaar en het is echt rijk aan cellulose en hemicellulose. Deze zijn gemakkelijk afbreekbaar onder anaërobe (zuurstofvrije) omstandigheden.”
Het opvangen en gebruiken van gassen die op stortplaatsen worden geproduceerd, kan helpen de gevaren die samenhangen met de uitstoot van stortplaatsen te verminderen en te voorkomen dat methaan in de atmosfeer terechtkomt. Verder kunnen energieprojecten die verband houden met de afvang en verwerking van stortgas inkomsten genereren en banen scheppen in de gemeenschap.
Door het gedrag van deze methaanproducerende micro-organismen beter te begrijpen, hopen onderzoekers de vangst van deze essentiële hulpbron te verbeteren en mogelijk de ontsnapping van methaan en CO2 – twee krachtige broeikasgassen en belangrijke bijdragers aan klimaatverandering – in de atmosfeer te beperken.
“We duiken in de ecologische theorie om te proberen de bron te achterhalen van wat de organisatiepatronen van de methaanproducerende organismen zou kunnen aansturen”, zegt Reynolds. De veelzijdige analyse van de studie geeft aan dat temperatuur en opgeloste vaste stoffen de twee belangrijkste parameters zijn die hun overvloed en diversificatie bepalen. Dit is goed nieuws, omdat deze gegevens routinematig worden verzameld op stortplaatsen, meestal op maandelijkse basis, en nauwkeurige diagnostiek kunnen bieden – veelbetekenende indicatoren van brede trends in de totale methaanproductie.
Van afval tot brandstof
Stortplaatsen voor vast stedelijk afval waren in 2019 goed voor meer dan 15% van de methaanemissies, wat de op twee na grootste bron van wereldwijde methaanemissies is. Zoals de studie opmerkt, komt de uitstoot van methaan van stortplaatsen neer op het equivalent van een miljard ton CO2, of ruwweg de broeikasgasemissies die worden geproduceerd door bijna 22 miljoen auto’s die een jaar rijden.
advertentie
Meestal wordt het meeste methaan dat vrijkomt door micro-organismen op een stortplaats opgevangen als biogas en vervolgens afgefakkeld en omgezet in CO2. Hoewel deze methode de klimaatschadelijke effecten van het methaan zelf beperkt, is het een kortetermijn- en ontoereikende oplossing voor het probleem van de uitstoot van broeikasgassen door stortplaatsen.
Naast het negatieve effect op het klimaat, vertegenwoordigt het verloren methaan een gemiste kans om deze waardevolle hulpbron te veroveren. De studie schat dat ongeveer een vijfde van de stortplaatsen in het land geschikt zou zijn voor dergelijke opvang en verwerking, als economische en andere hindernissen kunnen worden overwonnen.
Momenteel genereren micro-organismen die vast stedelijk afval afbreken stortgas dat voor ongeveer 50% uit methaan en 50% CO2 bestaat. Door de subtiele werking van deze micro-organismen te begrijpen – met name de methanogene Archaea, de echte werkpaarden in de methaanproductiecyclus – hopen onderzoekers de methaanproductie te verhogen.
Het verhoogde methaan kan worden geoogst en gebruikt om elektriciteit te maken, koolstofneutrale brandstoffen of om huizen te verwarmen. Vooral de laatste optie is aantrekkelijk omdat er geen verdere verwerking van het methaan nodig is. Als alternatief kan het wijzigen van microbiële gemeenschappen mogelijk worden gebruikt om de methaanproductie te beperken, waar mitigatie gewenst is.
Op jacht naar archaea
Stortplaatsen bieden een ideale setting voor de gedetailleerde studie van Archaea, die notoir uitdagend is om in het laboratorium te kweken. Ongeveer 80% van de archaea-diversiteit blijft grotendeels onontgonnen. “Onze laboratoria zijn echt geïnteresseerd in de methanogenen omdat ze hetzelfde metabolisme uitvoeren in de wetlands, waardoor ze de grootste bron van methaan zijn, of in plaats daarvan in het menselijke maagdarmkanaal, ze werken op de stortplaatsen”, zegt Reynolds.
Omdat de methanogenen primitieve eencellige organismen zijn, kunnen ze evengoed gebruik maken van planten, voedsel of papierproducten. Hoewel de studie vergelijkbare methaanconcentraties aantrof op hun droge stortplaats in vergelijking met andere stortplaatsen, doen verschillende gemeenschappen van methanogenen het zware werk. De studie toont aan dat microbieel gedrag ook afhankelijk is van de leeftijd van het gestorte vaste afval. Jonger afval heeft een hogere temperatuur in vergelijking met ouder afval en degradeert volgens verschillende regimes. Het is ook aangetoond dat de droogte in de loop van de tijd een grote invloed heeft op de afbraak van vast afval.
“Er is een herstructurering of reorganisatie van deze droge klimaatmicroben op stortplaatsen”, zegt Reynolds. Toekomstig onderzoek zal gericht zijn op het verduidelijken van de verschillen in deze gemeenschappen ten opzichte van hun gematigde en vochtige tegenhangers.
Verder onderzoek zal microbiële gemeenschappen op stortplaatsen in meer detail onderzoeken, evenals het gebruik van biostimulanten of andere technieken die kunnen worden gebruikt om de methaanproductie te wijzigen.
lees het gehele artikel bij de bron
————————————————– ———————————–
samenvatting:
Wetenschappers onderzoeken microbiële gemeenschappen die floreren in percolaat, een vloeistof die door vast afval op een stortplaats sijpelt. Ze ontdekken dat de samenstelling en het gedrag van specifieke microben die worden aangetroffen op droge stortplaatsen, zoals die in Arizona, verschillen van vergelijkbare gemeenschappen in meer subtropische of gematigde klimaten. De microbiële samenstelling verschilt ook afhankelijk van de ouderdom van de stortplaatsen.
Datum van publicatie: 16 april 2022
Bron: Klimaat | Top milieunieuws — ScienceDaily
————————————————– ———————————–