اقتصاد فاضلاب

 

پسماند انسانی -ترکیبی از ادرار، مدفوع و فاضلاب- دیگر صرفاً یک مسئله بهداشتی یا نظافت نیست. این مواد به طرزی فزاینده‌ منبعی ارزشمند شناخته می‌شوند؛ منبعی که می‌تواند مواد مغذی تامین کند، انرژی تولید کند و فشارهای زیست‌محیطی را کاهش دهد. با افزایش جمعیت جهانی، تشدید نیازهای کشاورزی و سرعت گرفتن گذارهای انرژی، ایده استخراج ارزش اقتصادی از آنچه هر روز دفع می‌کنیم، از یک کنجکاوی حاشیه‌ای به عرصه‌ای جدی از نوآوری بدل شده است. این رویکرد نوین نشان می‌دهد اکنون زمان آن فرارسیده که «اقتصاد فاضلاب» را نه همچون زباله، بلکه به‌عنوان منبعی راهبردی در نظر بگیریم. پژوهش‌ها نشان داده‌اند فضولات انسانی و حیوانی حاوی مقادیر بالایی از مواد مغذی کلیدی برای کشاورزی هستند؛ ازجمله: نیتروژن، فسفر و پتاسیم. برآوردهای جهانی نشان می‌دهد این منابع می‌توانند حدود ۱۳ درصد از نیاز مواد مغذی محصولات و مراتع را تامین کنند. اگر کشورها بازیافت این مواد را افزایش دهند، می‌توانند وابستگی خود را به کودهای شیمیایی معدنی کاهش دهند؛ به‌گونه‌ای که امکان صرفه‌جویی تا ۴۱ درصد در واردات نیتروژن، ۳ درصد در فسفر و ۳۶ درصد در پتاسیم فراهم می‌شود.

پسماند انسانی از طریق فضولات بی‌هوازی یا تولید بیوگاز قابل فرآوری است و در این فرآیند متان تولید می‌شود؛ گازی که می‌تواند برای گرمایش، تولید برق یا حتی سوخت‌های ارتقایافته استفاده شود. برآوردها نشان می‌دهد ظرفیت جهانی بیوگاز حاصل از پسماند انسانی می‌تواند ارزشی معادل 5 /9 میلیارد دلار در شکل گاز طبیعی داشته باشد؛ رقمی که حتی مزایای غیرمستقیم آن مانند کاهش هزینه‌های بهداشت، بهبود سلامت عمومی و جلوگیری از تخریب محیط‌زیست را در بر نمی‌گیرد. بازار جهانی فضولات بی‌هوازی به‌سرعت در حال رشد است. ارزش این بازار در سال ۲۰۲۴ حدود  19 /39 میلیارد دلار برآورد شده و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۳ به بیش از ۵۱ میلیارد دلار برسد؛ رشدی بیش از ۱۰ درصد در بسیاری از مناطق. در کنار آن، تولیدات علمی در حوزه «فاضلاب تا انرژی» به‌شدت افزایش یافته است. کشورهایی مانند چین، اسپانیا، هند، آمریکا و ژاپن بیشترین سهم را در انتشار مقالات علمی این حوزه داشته‌اند و چین به‌تنهایی بیش از ۲۰ درصد کل تولیدات علمی را به خود اختصاص داده است.

بازیافت موثرتر پسماند انسانی از ورود مواد مغذی به منابع آبی جلوگیری می‌کند و از پدیده اوتریفیکاسیون (غنی شدن محیط‌های آبی از ترکیبات محلول) می‌کاهد. همچنین باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود؛ هم از طریق جلوگیری از انتشار متان در شرایط مدیریت نادرست، و هم از طریق جایگزینی سوخت‌های فسیلی با بیوگاز. افزون بر آن، هزینه‌های دفع پسماند کاهش می‌یابد و وابستگی به واردات کود کمتر می‌شود.

پسماند انسانی دیگر صرفاً «پسماند» نیست؛ بلکه منبعی پراکنده با مزایای چندگانه در حوزه‌های غذا، انرژی، محیط‌زیست و تاب‌آوری اقتصادی کشورهاست. بررسی‌های بعدی نشان خواهد داد که ارزش اقتصادی این منبع چقدر است، چه کاربردهای فناورانه‌ای دارد، کدام کشورها پیشتازند، بازار جهانی چه ابعادی پیدا کرده و بااین‌حال چه چالش‌هایی همچنان باقی مانده است.

اقتصاد پسماند انسانی: ارزش مواد مغذی و صرفه‌جویی در کود

برآوردهای جهانی در سال ۲۰۲۴ نشان می‌دهد اگر تمام فضولات انسانی و بخشی از فضولات دامی که به‌درستی استفاده نمی‌شوند بازیافت شوند، می‌توانند حدود ۱۳ درصد از نیاز مواد مغذی محصولات کشاورزی و مراتع جهان (شامل نیتروژن، فسفر و پتاسیم) را تامین کنند. این کار امکان کاهش چشمگیر واردات کودهای شیمیایی را فراهم می‌کند؛ به‌گونه‌ای که می‌توان تا ۴۱ درصد در نیتروژن، ۳ درصد در فسفر و ۳۶ درصد در پتاسیم صرفه‌جویی داشت. این موضوع به‌ویژه برای کشورهایی که وابستگی زیادی به واردات کودهای مصنوعی دارند -با قیمت‌های نوسانی و اثرات زیست‌محیطی سنگین- اهمیت حیاتی دارد.

ظرفیت انرژی و بازار بیوگاز

گزارش‌ها بیان می‌کند که اگر پسماند انسانی در مقیاس جهانی به‌درستی فرآوری شود، می‌تواند بیوگازی معادل 5 /9 میلیارد دلار در قالب گاز طبیعی تولید کند. این انرژی و محصولات جانبی آن -مانند لجن خشک‌شده یا زغال‌مانند- در صورت بهره‌برداری کامل می‌توانند برق و انرژی لازم برای حدود ۱۳۸ میلیون خانوار را تامین کنند؛ رقمی برابر با تعداد خانوارهای کشورهایی بزرگ همچون اندونزی، برزیل و اتیوپی روی هم.

حتی اگر فقط پسماند افرادی که دسترسی به بهداشت پایه ندارند جمع‌آوری و فرآوری شود، سالانه ۲۰۰ تا ۳۷۶ میلیون دلار ارزش انرژی به شکل بیوگاز به همراه محصولات جانبی مانند سوخت زغالی به دست خواهد آمد. بازار جهانی بیوگاز حاصل از انواع پسماندهای آلی (ازجمله پسماند انسانی، فاضلاب و کود دامی) در سال ۲۰۲۰ حدود 9 /52 میلیارد دلار ارزش داشت و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۰ به 126 /2 میلیارد دلار برسد. برآوردی دیگر نشان می‌دهد، این بازار در سال ۲۰۲۴ حدود 7 /71 میلیارد دلار بوده و تا سال ۲۰۳۳ به بیش از ۱۵۰ میلیارد دلار خواهد رسید. علاوه بر این، بازار فضولات بی‌هوازی در سال ۲۰۲۴ حدود 39 /19 میلیارد دلار ارزش‌گذاری شد و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۳ به 17 /51 میلیارد دلار برسد.

هزینه‌ها، فرآوری و ملاحظات سودآوری

البته فرآوری پسماند برای تولید کود یا محصولات مغذی قابل‌استفاده هزینه‌بر است. برای نمونه، هزینه فرآوری بخش جامد خشک‌شده پسماند در برخی واحدها  ۱۹ تا ۲۳ یورو به ازای هر تن محصول بوده، درحالی‌که ارزش کشاورزی و خاکی آن حدود ۵۵ یورو برآورد شده است؛ یعنی حاشیه سود وجود دارد. اما در مورد پسماند خام یا کم‌فرآوری‌شده، هزینه‌ها به حدود ۲۱۶ تا ۲۴۷ یورو در هر تن می‌رسد، درحالی‌که ارزش محصولات آن فقط ۳۵ تا ۵۱ یورو است. در چنین شرایط سودآوری تنها با کمک یارانه‌ها، دریافت هزینه از تولیدکنندگان پسماند یا سازوکارهای مشابه ممکن خواهد بود. کارخانه‌های فرآوری همواره با موازنه‌ای دشوار روبه‌رو هستند: هزینه‌های بالاتر برای خشک‌‌ کردن، مهار بو یا بهبود کیفیت خروجی در برابر ارزش و پذیرش محصول نهایی به‌عنوان کود.

بازده اقتصادی خالص و اثرات گسترده

مجموع این داده‌ها نشان می‌دهد اقتصاد پسماند انسانی چندلایه است: 1- درآمد مستقیم از فروش بیوگاز، برق یا محصولات غنی از مواد مغذی. 2- صرفه‌جویی برای کشورها و کشاورزان از طریق کاهش واردات کود، کاهش هزینه‌های حمل‌ونقل و جلوگیری از آسیب‌های زیست‌محیطی ناشی از کودهای مصنوعی. 3- مزایای غیرمستقیم در حوزه بهداشت و محیط‌زیست، مانند کاهش بیماری‌ها، پاکسازی محیط و کاهش گازهای گلخانه‌ای. 4- اهمیت مقیاس: مناطقی با تراکم بالای جمعیت، زیرساخت‌های موجود یا قیمت‌های بالای سوخت و کود بیشترین سود را از آن خود خواهند کرد.

کاربردهای عملی: از کود تا بیوگاز و محصولات زیستی

پسماند انسانی (مدفوع، ادرار و لجن فاضلاب) ظرفیت‌های گسترده‌ای برای استفاده‌های عملی دارد. این کاربردها در چند دسته اصلی قرار می‌گیرند: انرژی (بیوگاز و بیومتان)، کود و بهبود خاک، بهداشت و توالت‌ها، محصولات زیستی نوین و کاربردهای صنعتی.

1- بیوگاز و بیومتان برای انرژی

در فرآیند فضولات بی‌هوازی، میکروارگانیسم‌ها مواد آلی موجود در پسماند انسانی را -اغلب همراه با دیگر مواد آلی-تجزیه می‌کنند. این فرآیند بیوگاز تولید می‌کند؛ ترکیبی از متان، دی‌اکسید کربن و دیگر گازها. بیوگاز می‌تواند مستقیم برای گرمایش، پخت‌وپز یا تولید برق به‌کار برود. اگر تصفیه شود (حذف دی‌اکسید کربن ، بخار آب و آلاینده‌ها)، به بیومتان تبدیل می‌شود که کیفیتی نزدیک به گاز طبیعی دارد و برای تزریق به شبکه یا به‌عنوان سوخت وسایل نقلیه قابل‌استفاده است.

در برزیل، مزرعه خوکی متعلق به پدرو کولومباری از فضولات دامی برای تولید بیوگاز استفاده می‌کند. این بیوگاز، برق مزرعه و خانه‌های اطراف را تامین کرده و مازاد آن به شبکه تزریق می‌شود. علاوه بر این، باقیمانده فرآیند به‌عنوان کود چراگاه به‌کار می‌رود. صرفه‌جویی ماهانه حدود هزار دلار گزارش شده است. در لوکزامبورگ، سیاست‌گذاران در حال بررسی افزایش سهم کود دامی و زیست‌پسماندها (ازجمله لجن فاضلاب) در خوراک نیروگاه‌های بیوگاز هستند. باقیمانده این فرآیندها نیز به‌عنوان کود مصرف می‌شود. از مزایای این کار می‌توان به تولید انرژی محلی و کاهش وابستگی به سوخت‌های وارداتی، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای با مهار متان و جایگزینی سوخت‌های فسیلی، تولید همزمان برق، گرما و گاهی درآمد از فروش مازاد و هم‌افزایی با منافع دیگر مانند تولید کود، بهبود بهداشت و کاهش پسماند اشاره کرد.

البته نباید از چالش‌هایی ازجمله، لزوم تصفیه بیوگاز پیش از استفاده در موتور یا تبدیل به بیومتان، شرایط و نیاز به نگهداری فضولات و مدیریت دما، نوسان در دسترسی به خوراک ورودی و هزینه بالای سرمایه‌گذاری اولیه، اتصال به شبکه و دریافت مجوزها چشم پوشید.

2- کود، بازیافت مواد مغذی و بهبود خاک

پسماند انسانی و لجن فاضلاب حاوی نیتروژن، فسفر، پتاسیم و دیگر عناصر ضروری برای رشد گیاهان است. پس از فرآوری (مانند پایدارسازی، حذف پاتوژن‌ها یا خشک‌کردن)، این مواد می‌توانند به‌عنوان کود یا اصلاح‌کننده خاک استفاده شوند. همچنین فناوری‌های نوینی برای بازیافت مستقیم عناصر غذایی مثل استخراج فسفر یا نیتروژن، در حال توسعه‌اند. در فرانسه، بررسی ۲۰ هزار تصفیه‌خانه نشان داد ۷۵ درصد لجن به زمین‌های کشاورزی منتقل می‌شود؛ بااین‌حال تنها نیمی از فسفر دفع‌شده به چرخه کشاورزی بازمی‌گردد. اگر کل فسفر بازیافت می‌شد، می‌توانست ۷ تا ۳۴ درصد نیاز کشاورزی فرانسه به فسفر را تامین کند. مطالعه‌ای مشابه نشان داد تنها ۱۰ درصد نیتروژن بازیافت می‌شود؛ حدود نیمی در فرآیندهای تصفیه به هوا رها می‌شود و بقیه از طریق آب و نشت‌های پراکنده از دست می‌رود.

3- بهداشت، توالت‌ها و کاربردهای خارج از شبکه

این سیستم‌ها پسماند را در محل تولید (خانه، مدرسه، روستا) مدیریت کرده و همزمان محصول مفید تولید می‌کنند. توالت‌های کمپوست و خشک -با جداسازی ادرار- در مناطق فاقد شبکه فاضلاب رایج‌اند. فنلاند نمونه موفقی است که در خانه‌های روستایی و ییلاقی از آنها بهره می‌برد. توالت‌های بیوگاز در محل (مثلاً در مدارس یا زندان‌ها) فضولات انسانی را به بیوگاز برای پخت‌وپز و گرمایش تبدیل می‌کنند. پروژه‌های متعددی از این نوع در جوامع شهری و روستایی اجرا شده‌اند.

4- محصولات زیستی و فناوری‌های نوین

این دسته هنوز در حال ظهور است، اما ظرفیت بالایی دارد:

هیدرولیز حرارتی: پیش‌فرآیندی است که در برخی تصفیه‌خانه‌ها برای بهبود هضم لجن کاربرد دارد. این روش لجن را استریل می‌کند، قابلیت آب‌گیری را افزایش می‌دهد و بازده بیوگاز را بالا می‌برد. بیش از ۳۰ واحد در جهان از این فناوری بهره می‌برند. نمونه شاخص آن در واشنگتن دی.سی. است.

کاربردهای مبتنی بر ادرار: استفاده از ادرار در پیل‌های سوختی زیستی برای تولید برق، هیدروژن یا حتی پلاستیک. پژوهشگران آلمانی در حال بررسی این موضوع‌اند.

۵- کاربردهای صنعتی و اجتماعی

کارخانه‌ها و مزارع از بیوگاز برای تامین برق و گرمایش استفاده می‌کنند. در برزیل، یک کارخانه آجرسازی با راه‌اندازی واحد بیوگاز از فضولات دامی، هزینه برق خود را تقریباً نصف کرد. بسیاری از تصفیه‌خانه‌های بزرگ فاضلاب مجهز به واحدهای هضم و تولید همزمان برق و گرما هستند و بخشی از نیاز انرژی خود را تامین می‌کنند.

مطالعات موردی: بازده اقتصادی و نمونه‌های جهانی

هند: پروژه‌های بیوگاز و بیوسی‌ان‌جی

انجمن بیوگاز هند طرحی را برای احیای پنج میلیون واحد بیوگاز نیمه‌فعال پیشنهاد کرده است. برای این کار، یارانه‌ای معادل ۱۰ هزار روپیه به ازای هر واحد در نظر گرفته شده است. برآوردها نشان می‌دهد کل هزینه این طرح در عرض حدود دو سال با صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش وابستگی به سوخت‌های سنتی جبران خواهد شد. در کارخانه‌های بیوگاز فشرده (CBG)، برق بخش بزرگی از هزینه‌های جاری را تشکیل می‌دهد؛ به‌طور متوسط ۳۰ درصد، و در برخی موارد ۲۰ تا ۴۸ درصد. کاهش تعرفه برق می‌تواند این واحدها را بسیار سودآورتر کند، و نقش سیاست‌گذاری دولت در این زمینه حیاتی است.

نمونه‌های شاخص: در شهر پرایاگراج، یک واحد فرآوری ۲۰۰ تن پسماند روزانه با هزینه‌ای حدود ۱۸ تا ۲۰ میلیون دلار راه‌اندازی شده است. اگرچه بازده مالی اولیه نسبت به سرمایه‌گذاری کم به نظر می‌رسد، اما با افزایش ظرفیت و لحاظ منافع زیست‌محیطی و بهداشتی، ارزش کل پروژه بسیار بالاتر خواهد رفت. در بمبئی، دو کارخانه بزرگ برای پردازش هزار تن پسماند روزانه احداث شده‌اند. سرمایه‌گذاری اولیه حدود ۷۰ تا ۸۰ میلیون دلار برآورد شده و پیش‌بینی می‌شود سالانه نزدیک به ۱۰ میلیون دلار فقط از محل فروش بیوگاز درآمد ایجاد کنند.

 فرانسه: بازیافت مواد مغذی از فاضلاب انسانی

پژوهشی در مورد ۲۰ هزار تصفیه‌خانه فاضلاب نشان داده که اگرچه ۷۵ درصد لجن این مراکز به زمین‌های کشاورزی منتقل می‌شود، تنها نیمی از فسفر دفع‌شده به چرخه کشاورزی بازمی‌گردد. اگر کل فسفر بازیافت می‌شد، می‌توانست ۷ تا ۳۴ درصد از نیاز کشاورزی فرانسه به فسفر را تامین کند. در مورد نیتروژن نیز وضعیتی مشابه دیده می‌شود؛ تنها ۱۰ درصد بازیافت می‌شود، حدود نیمی در فرآیندهای تصفیه به هوا آزاد می‌شود و بقیه در آب‌ها یا به شکل پراکنده از دست می‌رود. اگر همه نیتروژن جمع‌آوری و بازیافت می‌شد، می‌توانست ۱۰ درصد نیاز پروتئینی فرانسه را تامین کند و در صورت تمرکز بر محصولات گیاهی، این رقم تا ۳۰ درصد افزایش می‌یافت.

اروپا: تامین انرژی از فاضلاب و پسماند

در آلمان، نیروگاه «آفنباخ» با افزودن کوره دوّار جدید ظرفیت خود را برای سوزاندن لجن فاضلاب افزایش داده است. این اقدام علاوه بر کاهش هزینه‌های دفع لجن، درآمد ناشی از فروش برق و حرارت را بالا می‌برد.

مطالعه‌ای بر ۲۳ نیروگاه اروپایی نشان داده است که این واحدها معمولاً چندمنبعی هستند؛ فروش انرژی، دریافت حق ورودی پسماند، بازیافت محصولات جانبی و حتی تامین گرمایش شهری. قوانین حمایتی و تعرفه‌های خرید تضمینی برق نقش کلیدی در سودآوری این طرح‌ها دارند. در اسپانیا، سیاست «صفر پسماند» و تفکیک موثر مواد بازیافتی باعث شد احداث یک زباله‌سوز بزرگ به کار نیاید و حدود ۲۵۰ میلیون یورو صرفه‌جویی شود.

آفریقا: پروژه‌های نوآورانه

در آفریقای جنوبی، نیروگاه بیو دو وات با ظرفیت 8 /4 مگاوات از فضولات دامی و پسماند شهری استفاده می‌کند و برق تولیدی خود را به صنایع بزرگ می‌فروشد. این مدل، درآمد پایدار و کاهش انتشار متان را همزمان به همراه دارد. در کنیا، نیروگاه 4 /2مگاواتی «بایوجول» در نایواشا به شبکه برق متصل است و جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی پرهزینه به شمار می‌آید. در اوگاندا، تصفیه‌خانه فاضلاب «بوگولووبی» در کامپالا ظرفیت بالایی در فرآوری فاضلاب دارد و با افزودن واحدهای بازیافت انرژی می‌تواند به منبع درآمد تبدیل شود.

پیشگامان جهانی در بهره‌برداری از پسماند انسانی

در سال‌های اخیر، کشورهای مختلفی با بهره‌گیری از زیرساخت‌های پیشرفته، سیاست‌های حمایتی و فناوری‌های نوین، توانسته‌اند از فضولات انسانی به‌عنوان منبعی ارزشمند در تولید انرژی و بازیافت مواد مغذی استفاده کنند. در ادامه، به بررسی کشورهایی می‌پردازیم که در این حوزه عملکرد برجسته‌ای داشته‌اند:

آلمان: آلمان در پروژه‌های بیوگاز و تبدیل لجن به انرژی پیشگام است. این کشور با بیش از ۱۲۷۱ تصفیه‌خانه بزرگ فاضلاب و سیاست‌های حمایتی نظیر تعرفه‌های خرید تضمینی برق، بستر مناسبی برای رشد چشمگیر این صنعت فراهم کرده است.

 بازگشت سرمایه در پروژه‌های موفق بیوگاز در تصفیه‌خانه‌ها، معمولاً بین سه تا شش سال است.

 دیژستات (نوعی کود آلی زیستی) و بیوسالیدها به‌طور گسترده در کشاورزی کاربرد دارند و مقررات اتحادیه اروپا ایمنی این فرآیند را تضمین می‌کند.

  آلمان به‌تنهایی حدود ۵۰ درصد از تولید دیژستات اتحادیه اروپا (معادل ۹۰ میلیون تن در سال) را به خود اختصاص داده است.

 استفاده از بیوگاز حاصل از پسماند انسانی، سالانه از انتشار میلیون‌ها تن دی‌اکسید کربن جلوگیری می‌کند.

کره جنوبی: کره جنوبی با اتکا به تصفیه‌خانه‌های مدرن و حمایت‌های دولتی، بازیافت انرژی از فاضلاب را به بخشی از زیرساخت ملی خود تبدیل کرده است.

 بازگشت سرمایه در سیستم‌های بیوگاز، چهار تا هفت سال برآورد می‌شود.

 بسیاری از تصفیه‌خانه‌ها، برق تولیدی را برای مصرف داخلی استفاده می‌کنند یا مازاد آن را به شبکه برق سراسری می‌فروشند.

 پروژه‌های آزمایشی برای بازیافت نیتروژن و فسفر با فناوری‌های نوین در حال توسعه است.

چین: رشد سریع شهرنشینی در چین، این کشور را به یکی از بازیگران اصلی در حوزه مدیریت فضولات انسانی تبدیل کرده است.

 شهرهایی مانند پکن، چنگدو و هفی دارای تصفیه‌خانه‌هایی با ظرفیت بالا در تولید بیوگاز هستند.

 بازگشت سرمایه در پروژه‌ها، معمولاً پنج تا هشت سال زمان می‌برد.

 تصفیه‌خانه‌های شهری ظرفیت بالقوه برای بازیافت تا ۴۰ درصد از فسفر دفع‌شده را دارند.

فرانسه و اتحادیه اروپا: فرانسه و سایر کشورهای اروپایی سیاست‌های فعالی در زمینه بازیافت فضولات انسانی دارند. این دستاوردها باعث کاهش مصرف کود شیمیایی، کاهش آلاینده‌های آبی و ارتقای سلامت خاک شده‌اند.

 فرانسه حدود ۵۰ درصد از فسفر انسانی را بازیافت می‌کند.

 اتحادیه اروپا سالانه حدود ۱۸۰ میلیون تن دیژستات تولید می‌کند.

 بازگشت سرمایه در پروژه‌های ارتقای تصفیه‌خانه‌ها پنج تا هشت سال گزارش شده است.

 فناوری‌هایی مانند رسوب استروویت به‌طور گسترده در حال آزمایش و استفاده هستند.

ایالات‌متحده آمریکا: در آمریکا، بسیاری از تصفیه‌خانه‌ها بیوگاز تولیدی را برای برنامه‌های انرژی داخلی یا پروژه‌های گاز طبیعی تجدیدپذیر به‌کار می‌برند.

 بازگشت سرمایه در پروژه‌های بیوگاز، سه تا پنج سال است، به‌ویژه در صورت بهره‌مندی از مشوق‌هایی مانند اعتبار مالیاتی و استانداردهای سوخت تجدیدپذیر.

 دیژستات و بیوسالیدها به‌طور گسترده در کشاورزی، به‌ویژه برای بازیافت نیتروژن و فسفر استفاده می‌شوند.

هند: هند با تمرکز بر مناطق روستایی و کم‌برخوردار، در حال توسعه پروژه‌های بیوگاز غیرمتمرکز و تولید بیو-سی‌ان‌جی است.

 بازگشت سرمایه در پروژه‌های بزرگ بیوگاز، ۶ تا ۱۰ سال و در سیستم‌های کوچک‌تر، سریع‌تر است؛ هرچند بازده اقتصادی آنها محدودتر است.

 برنامه ملی GOBAR-Dhan با هدف تولید غیرمتمرکز بیوگاز و بازیافت مواد مغذی، در حال گسترش است و به‌عنوان الگویی برای توسعه پایدار در مناطق روستایی شناخته می‌شود.

رهبران نوظهور

ترکیه و اروپای مرکزی /شرقی: توسعه پروژه‌های بیوگاز با بازگشت سرمایه ۷ تا ۱۰ساله و فرصت کاهش واردات انرژی و کود.

آفریقا (اوگاندا، بورکینافاسو): پروژه‌های کوچک‌تر با بازگشت سرمایه طولانی‌تر (۱۰ تا ۱۵ سال)، اما با اثرات بزرگ در تامین انرژی، بهداشت و کود برای جوامع روستایی.

اثرات زیست‌محیطی و اجتماعی

مدیریت و بهره‌برداری از پسماند انسانی تنها یک فعالیت اقتصادی نیست، بلکه نقشی اساسی در پایداری زیست‌محیطی، بهداشت عمومی و توسعه اجتماعی ایفا می‌کند.

۱- مزایای زیست‌محیطی

 کاهش آلودگی آب و پدیده اوتروفیکاسیون

پسماند انسانی تصفیه‌نشده یکی از منابع اصلی ورود نیتروژن و فسفر به آب‌های سطحی است که به پدیده اوتروفیکاسیون، رشد بی‌رویه جلبک‌ها و کاهش کیفیت آب منجر می‌شود. تصفیه و بازیافت مواد مغذی می‌تواند ۵۰ تا ۸۰ درصد از هدررفت مواد مغذی را کاهش دهد و به حفاظت از اکوسیستم‌های آبی کمک کند.

 کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای

فرآیند هضم بی‌هوازی با جلوگیری از رها شدن متان در جو، سهم بزرگی در کاهش گازهای گلخانه‌ای دارد. برای نمونه، بیوگاز تولیدی در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب آلمان، انتشار سالانه معادل 5 /1 میلیون تن دی‌اکسیدکربن را کاهش می‌دهد. جایگزینی کودهای شیمیایی با بیوسالیدها یا مواد مغذی بازیافتی نیز 5 /0 تا 2 /1 کیلوگرم دی‌اکسید کربن به ازای هر کیلوگرم NPK مصرفی صرفه‌جویی  به همراه دارد.

 چرخش منابع و اقتصاد دایره‌ای

بازیافت پسماند انسانی باعث بسته شدن چرخه مواد مغذی شده و وابستگی به منابع فسفر معدنی و کودهای شیمیایی نیتروژنی را کاهش می‌دهد. ذخایر جهانی فسفر حدود ۳۰۰ سال دیگر دوام خواهند داشت، اما بازیافت فسفر از پسماند انسانی می‌تواند پایداری این منبع حیاتی را به شکل چشمگیری افزایش دهد.

۲- مزایای بهداشتی و اجتماعی

 ارتقای بهداشت عمومی

توالت‌های کمپوستینگ و فضولات کوچک بیوگاز امکان دفع ایمن فاضلاب انسانی را فراهم کرده و خطر انتقال بیماری‌ها را کاهش می‌دهند. طبق برآورد سازمان جهانی بهداشت، حدود 7 /1 میلیارد نفر از طریق پروژه‌های نوآورانه بازیافت فاضلاب به خدمات بهداشتی ایمن دست یافته‌اند.

 دسترسی به انرژی در جوامع

فضولات کوچک بیوگاز، سوخت پخت‌وپز و برق موردنیاز روستاها را فراهم می‌کنند. در هند، برنامه GOBAR-Dhan بیش از ۱۵۰ هزار هاضم اجتماعی ایجاد کرده که وابستگی به هیزم و نفت سفید را به میزان چشمگیری کاهش داده است.

 ایجاد اشتغال و تقویت اقتصاد محلی

صنعت بازیافت پسماند انسانی فرصت‌های شغلی در جمع‌آوری، بهره‌برداری از تاسیسات، بازیافت مواد مغذی و توزیع کود ایجاد می‌کند. تنها بازار جهانی سامانه‌های بازیافت مواد مغذی، ده‌ها هزار نفر را در سراسر جهان به کار گرفته و پیش‌بینی می‌شود با رشد این بخش، اشتغال بیشتری نیز فراهم شود.

 اندازه بازار و گردش مالی جهانی

بخش بهره‌برداری از پسماند انسانی که شامل تولید بیوگاز، سامانه‌های بازیافت مواد مغذی و کاربردهای کود کشاورزی است، امروز به صنعتی چندده میلیارددلاری تبدیل شده و هر سال با شتاب بیشتری رشد می‌کند.

 بازار بیوگاز و بیومتان

بازار جهانی بیوگاز و بیومتان در سال ۲۰۲۴ ارزشی معادل 31 /68 میلیارد دلار داشت و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۳ به 48 /100 میلیارد دلار برسد؛ رشدی با نرخ سالانه حدود 38 /4 درصد. اروپا در همین سال بیش از ۲۸ میلیارد یورو در توسعه بیومتان سرمایه‌گذاری کرده است؛ اقدامی که نشان‌دهنده حمایت جدی سیاست‌گذاران و توسعه زیرساخت‌های گسترده است. شرکت‌های بزرگ نیز سهم قابل‌توجهی در این بازار دارند؛ برای نمونه، Air Liquide با ۲۹ واحد تولید بیومتان در جهان دارایی‌هایی را به ارزش تقریبی نیم‌میلیارد یورو مدیریت می‌کند.

 سامانه‌های بازیافت مواد مغذی

بازار جهانی بازیافت مواد مغذی در سال ۲۰۲۴ حدود 11 /5 میلیارد دلار ارزش داشت و انتظار می‌رود تا  سال ۲۰۳۲ به 20 /12 میلیارد دلار برسد؛ رشدی سالانه معادل 5 /11 درصد. نوآوری‌هایی همچون رسوب استروویت (نوعی سنگ کلیه) و تولید بیوچار (یک ماده کربنی که از تجزیه حرارتی زیست‌توده‌ها در غیاب یا حضور کم اکسیژن تولید می‌شود) از فاضلاب، کارایی این بخش را افزایش داده و چشم‌انداز اقتصادی آن را به شکل قابل‌توجهی بهبود بخشیده‌اند.

 کاربردهای کود و محصولات کشاورزی

بازیافت مواد مغذی از فاضلاب می‌تواند سالانه تا 5 /13 میلیارد دلار درآمد ایجاد کند و حدود ۱۳ درصد از نیاز جهانی به کودهای شیمیایی را جبران کند. افزون بر این، بیوچاری که از پسماند انسانی تولید می‌شود به‌عنوان جایگزینی پایدار برای کودهای سنتی در حال مطرح شدن است و می‌تواند ۷ تا ۱۵ درصد از نیاز جهانی به فسفر را برآورده کند.

چالش‌ها و موانع در مسیر

با وجود ظرفیت اقتصادی و زیست‌محیطی بالای فضولات انسانی، بهره‌برداری گسترده از آن در سطح جهانی با موانع مختلفی مواجه است. پروژه‌های مرتبط با بیوگاز، بیومتان و محصولات جانبی مانند بیوسالیدها معمولاً تحت نظارت همزمان نهادهای مختلف قرار دارند؛ ازجمله نهادهای مرتبط با پسماند، انرژی، کشاورزی و محیط‌زیست. این مسئله سبب بروز تداخل، ابهام، و درنهایت تاخیر در صدور مجوز می‌شود. در برخی کشورها، این فرآیند ممکن است تا پنج سال به طول بینجامد. همچنین در بسیاری از مناطق، استانداردهای مرتبط با کیفیت، ایمنی و دفع پسماندها یا بسیار ضعیف‌اند یا یکدست نیستند. از سوی دیگر، وقتی مواد بازیافتی حاصل از فاضلاب به‌جای «منبع» یا «کود»، با عنوان «پسماند» شناخته می‌شوند، ارزش اقتصادی آنها در بازار بسیار کاهش می‌یابد و هزینه‌های پردازش و توزیع بالا می‌رود. سرمایه‌گذاری اولیه برای راه‌اندازی واحدهای تصفیه و بازیافت نسبتاً بالاست. تجهیزات پیچیده، سیستم‌های کنترلی، فرآیندهای تغلیظ و فناوری‌های پیشرفته (مانند رسوب استروویت) نیازمند سرمایه‌گذاری‌های سنگین هستند. در سیستم‌های کوچک و نامتمرکز نیز، به دلیل نبود صرفه اقتصادی در مقیاس، دوره بازگشت سرمایه طولانی‌تر خواهد بود.

علاوه بر آن، هزینه‌های عملیاتی نیز متغیر و گاه غیرقابل پیش‌بینی هستند؛ به‌ویژه در شرایطی که خوراک ورودی متغیر باشد یا نیاز به کنترل ترکیبات مضر مانند آمونیاک و فلزات سنگین وجود داشته باشد.

ترکیب فاضلاب و لجن ورودی به تصفیه‌خانه‌ها ممکن است در طول سال دچار نوسان شود. این مسئله کارایی هضم بی‌هوازی را کاهش می‌دهد، به‌ویژه زمانی که اسیدهای چرب یا آمونیاک در سطح بالایی باشند. همچنین، وجود آلاینده‌های نوظهور مانند میکروپلاستیک‌ها و داروهای تجویزی، چالش‌هایی هم ازنظر فنی و هم از منظر مقرراتی ایجاد می‌کند. در بسیاری از مناطق، کمبود نیروهای متخصص، نبود آزمایشگاه‌های مجهز و کمبود قطعات یدکی باعث کاهش کیفیت عملکرد سیستم‌ها یا شکست پروژه‌ها، به‌ویژه در کشورهای در حال توسعه می‌شود. یکی از موانع مهم، «اثر انزجار» یا همان واکنش منفی عمومی نسبت به استفاده از فضولات انسانی در کشاورزی است. بسیاری از مردم هنوز نسبت به کاربرد بیوسالیدها یا بیوچار حاصل از لجن فاضلاب در زنجیره غذایی مقاومت دارند. سطح پایین آگاهی، باورهای فرهنگی و تفاوت‌های جنسیتی و سنی در میزان پذیرش این فناوری‌ها نقش دارند. حتی زمانی که مراحل تصفیه به‌طور کامل انجام شده‌اند، ترس عمومی از خطرات بهداشتی مانند بیماری‌زاها، آلاینده‌های شیمیایی یا مواد شیمیایی مقاوم، باعث کاهش اعتماد عمومی می‌شود.

تحقیقات جدید همچنین حکایت از آن دارند که حتی در فاضلاب تصفیه‌شده، احتمال حضور داروهای تجویزی، میکروپلاستیک‌ها و ژن‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک وجود دارد. این مواد ممکن است وارد خاک یا محصولات کشاورزی شوند و خطرات بالقوه‌ای برای سلامت انسان و محیط‌زیست به همراه داشته باشند. از سوی دیگر، مسائل عملیاتی مانند تشکیل ناخواسته رسوبات در لوله‌ها، گرفتگی فیلترها و بوی نامطبوع حاصل از پخش کود مایع در مزارع، باعث کاهش بهره‌وری و افزایش هزینه‌های نگهداری می‌شوند.