Ripensando a cosa succede agli avanzi una volta usciti dai nostri piatti, i ricercatori guidati dall'HKUST dimostrano che smaltire i rifiuti alimentari umidi attraverso le fognature cittadine può ridurre le emissioni e far risparmiare denaro. Il loro nuovo modello potrebbe rimodellare il modo in cui le principali città di tutto il mondo gestiscono i rifiuti alimentari.
Zuppa avanzata, noodles mollicci e scarti di verdure potrebbero non sembrare soluzioni climatiche. Ma un nuovo studio dell'Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong (HKUST), condotto in collaborazione con l'Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong, suggerisce che, in molte grandi città, quegli avanzi umidi potrebbero contribuire a ridurre i gas serra e le bollette della gestione dei rifiuti se gettati nello scarico anziché in discarica.
Analizzando i dati provenienti da 29 grandi città in tutto il mondo, tra cui Hong Kong, Pechino e New York, il team di ricerca ha scoperto che macinare gli scarti alimentari e convogliarli nella rete fognaria può essere più efficace che affidarsi principalmente alle discariche in luoghi in cui gli scarti alimentari sono particolarmente umidi.
Le loro scoperte, pubblicato nella rivista Città della natura, indicano una leva sorprendentemente potente per i leader delle città: quanta umidità è presente nel flusso degli sprechi alimentari.
La maggior parte delle città dipende ancora dalle discariche o dall'incenerimento per gestire i rifiuti alimentari, nonostante la crescita della popolazione urbana e l'aumento dei volumi di rifiuti. Questo è un problema perché i rifiuti alimentari sono carichi di acqua, il che li rende costosi da raccogliere e trasportare e meno efficienti da bruciare. Nelle discariche, il cibo in decomposizione è anche una delle principali fonti di metano, un potente gas serra. Negli Stati Uniti, i soli rifiuti alimentari rappresentano oltre la metà delle emissioni di metano provenienti dalle discariche.
Il team di ricerca, guidato dal professor Chen Guanghao, titolare della cattedra di ingegneria civile e ambientale dell'HKUST, dal borsista post-dottorato Guo Hongxiao e dallo studente di dottorato Zou Xu, si è proposto di ripensare questo sistema.
Hanno raccolto dati dettagliati sulla composizione degli sprechi alimentari, sulla produzione di acque reflue, sul consumo energetico e sui costi di trattamento provenienti da città di tutto il mondo. Hanno quindi elaborato un nuovo quadro analitico, denominato modello Urban Biowaste Flux (UBF), per confrontare diverse modalità di gestione degli sprechi alimentari.
Una delle loro principali scoperte è che il fattore più importante per l'efficienza del trattamento non è la quantità di rifiuti alimentari prodotti da una città o il tipo di cibo che vengono buttati via, ma quanto sono umidi tali rifiuti.
Carichi di umidità più elevati erano associati a maggiori costi di trattamento e a maggiori emissioni quando i rifiuti alimentari venivano gestiti separatamente tramite discariche o inceneritori. Al contrario, quando i rifiuti alimentari umidi venivano macinati, inviati alla rete fognaria e trattati insieme alle acque reflue, i sistemi complessivi in molte città diventavano più economici e puliti.
Utilizzando il framework UBF, il team ha identificato una soglia di circa 46.8 chilogrammi di umidità per persona all'anno negli scarti alimentari. Al di sopra di tale soglia, un sistema integrato che devia gli scarti alimentari nelle fognature e li combina con lo smaltimento in discarica o l'incenerimento tende a essere meno costoso rispetto alla separazione completa tra rifiuti alimentari e acque reflue.
Questa soglia è importante per le città in cui le diete sono ricche di ingredienti freschi, zuppe e brodi, come Hong Kong, Pechino e Seul. Queste abitudini alimentari creano flussi di rifiuti alimentari più umidi, particolarmente inefficienti da smaltire in discarica.
A Hong Kong, i ricercatori hanno scoperto che l'installazione di trituratori di rifiuti alimentari e il passaggio a un sistema integrato aumenterebbero i costi operativi annuali per il trattamento delle acque reflue e dei fanghi, ma tali aumenti sarebbero più che compensati da un netto calo della spesa per le discariche. Nel complesso, stimano che i costi totali di gestione dei rifiuti a Hong Kong, inclusi i costi di capitale, operativi e di triturazione, diminuirebbero di circa l'11%.
I benefici per il clima sono ancora più significativi. Per Hong Kong, lo studio suggerisce che il trattamento integrato potrebbe ridurre le emissioni dirette e indirette di gas serra di quasi il 47%.
Secondo Zou, il lavoro di campionamento dettagliato svolto dal team a Hong Kong ha contribuito a spiegare perché il cambiamento abbia senso in quel Paese.
“Usando Hong Kong come esempio, la nostra analisi dei campioni di rifiuti alimentari e di acque reflue mostra che gli sprechi alimentari rappresentano il 57.78% della domanda chimica totale di ossigeno che entra nel sistema di trattamento dei rifiuti organici. Questo dimostra perché dobbiamo ripensare il modo in cui vengono gestiti i rifiuti alimentari", ha affermato Zou in un comunicato stampa. "Il modello UBF offre uno strumento analitico efficace per le città con elevati carichi di umidità nei rifiuti alimentari come Hong Kong".
La domanda chimica di ossigeno è una misura standard della quantità di materiale organico presente nelle acque reflue. Se più della metà di tale carico proviene da scarti alimentari, come a Hong Kong, allora incanalare tale materiale attraverso sistemi progettati per recuperare energia dalla materia organica può rappresentare un'importante opportunità.
In molti impianti di trattamento delle acque reflue, questa opportunità si presenta attraverso la digestione anaerobica, un processo in cui i microbi scompongono i rifiuti organici in assenza di ossigeno per produrre biogas, che può essere utilizzato come combustibile.
Guo ha osservato che alcune città si stanno già muovendo in questa direzione, soprattutto nel Nord America.
"Rispetto alla tradizionale raccolta differenziata e allo smaltimento in discarica, il sistema integrato può ridurre le emissioni di gas serra dal 24% all'88% in diverse città. Circa la metà di tutti gli sprechi alimentari negli Stati Uniti viene già gestita con questo metodo, ma in Asia rimane poco comune", ha affermato Guo nel comunicato stampa. "Il modello UBF aiuta città come Hong Kong a identificare approcci più efficienti e sostenibili alla gestione degli sprechi alimentari".
L'analisi globale dello studio suggerisce che il potenziale è diffuso.
"L'utilizzo di sistemi di trattamento delle acque reflue per il trattamento dei rifiuti alimentari umidi, insieme alla digestione anaerobica, consente di utilizzare i fanghi come combustibile e il calore generato durante l'incenerimento può essere recuperato per la produzione di energia elettrica. Il nostro studio mostra che, tra 29 città in tutto il mondo, 27 ridurrebbero il consumo energetico annuo pro capite di circa il 20.6% e 26 ridurrebbero le emissioni di gas serra pro capite di circa il 22.6% se venisse adottato un trattamento integrato", ha aggiunto Chen. "Naturalmente, le città sono diverse e non tutte saranno adatte allo stesso modello. Ma per quelle con un elevato carico di umidità nei rifiuti alimentari e costi elevati di trattamento dei rifiuti solidi, il trattamento integrato rappresenta una strada praticabile. Ci auguriamo che questa ricerca fornisca una base scientifica che consenta alle città di formulare strategie più appropriate per la gestione dei rifiuti alimentari".
Lo studio non suggerisce che ogni città debba iniziare immediatamente a smaltire tutti i rifiuti alimentari. Le infrastrutture locali, le normative, le tipologie abitative e il comportamento dei cittadini sono tutti fattori importanti. Alcune città potrebbero trarre vantaggio dall'espansione del compostaggio o dal miglioramento della cattura dei gas di discarica, soprattutto dove i rifiuti alimentari sono relativamente secchi.
Ma il quadro UBF offre ai pianificatori un modo per quantificare i compromessi e progettare sistemi che si adattino alle condizioni specifiche della loro città, anziché affidarsi a soluzioni universali.
Per studenti e giovani professionisti interessati alla sostenibilità, lo studio ricorda che le soluzioni per il clima possono essere trovate in luoghi inaspettati, come i lavelli delle cucine e le condotte fognarie. Mostra anche come i dati e il pensiero sistemico possano trasformare un problema complesso come lo spreco alimentare in un'opportunità per risparmiare denaro, ridurre le emissioni e recuperare energia.
Mentre le città di tutto il mondo cercano soluzioni pratiche per raggiungere gli obiettivi climatici e al contempo servire una popolazione in crescita, il messaggio del team guidato dall'HKUST è chiaro: nelle giuste condizioni, gli avanzi di ieri possono contribuire ad alimentare le città a basse emissioni di carbonio di domani.