DT-N2O — Kvantifiering och minimering av lustgasutsläpp på avloppsreningsverk med digitala tvillingar

Svenska avloppsreningsverk står inför stora utmaningar. De måste hantera strängare utsläppskrav, åldrande infrastruktur och ökande komplexitet när nya processer införs (exempelvis för att rena mikroföroreningar).

Samtidigt är investeringarna i denna kritiska infrastruktur underfinansierade, trots att behovet är nära 10 miljarder SEK per år. Dessutom strävar VA-branschen efter att bli klimatneutral till år 2030, i linje med nationella initiativ och ett nytt EU-direktiv om rening av avloppsvatten som betonar energineutralitet och minskning av växthusgasutsläpp, särskilt lustgas (N2O).

Lustgas är en kraftfull växthusgas som bildas i biologiska kvävereningsprocesser på reningsverk. Den är svår att kontrollera på grund av komplexa mekanismer och varierande driftförhållanden. För att minska utsläppen krävs förbättrad processreglering, vilket är komplext på grund av kraftigt säsongsberoende utsläpp. Dessutom måste reningsverk efter implementering av det nya avloppsdirektivet ange hur stora mängder växthusgaser de släpper ut, antingen genom mätning, beräkning eller modellering. Beräkning är osäkert och mätning med sensorer är dyrt och tidskrävande. Därför behövs nya digitala verktyg för att uppskatta dessa mängder på ett effektivt sätt och samtidigt se till att utsläppen blir så låga som möjligt.

Digitala tvillingar är en virtuell kopia av ett fysiskt system, som i fallet för avloppsreningsverk är uppkopplade i realtid för att ständigt ta emot data från och härma den verkliga processen. De beskriver träffsäkert hur olika ämnen i avloppsvattnet omvandlas under färden genom ett reningsverk. Detta ger många nya möjligheter att ta beslut baserat på insikter som modellerna ger. Det finns därför stor potential att använda denna typ av digitala tvillingar för att visa hur stora utsläppen av lustgas från reningsverken är, och dessutom ständigt ge förslag på hur reningsverket kan drivas så effektivt som möjligt för att minimera utsläppen. Fördelen med att använda digitala tvillingar är därmed kombinationseffekten där de kan användas till många olika saker samtidigt och förbättra driften av reningsverken på många olika plan. De ger dessutom möjlighet att hela tiden ha ett helhetsgrepp över annars komplexa orsakssamband som kan vara svåra att förstå.

I detta projekt vill vi bygga en digital tvilling av ett av Sveriges största reningsverk, Käppalaverket på Lidingö i Stockholm, och använda den för att uppskatta utsläpp av lustgas och nå så låga utsläpp som möjligt. Projektet är ett samarbete mellan forskare från RISE Research Institutes of Sweden, IVL Svenska Miljöinstitutet och Lunds universitet samt den kommunala VA-organisationen Käppalaförbundet och mjukvaruutvecklaren Gemit Solutions.

Projektet väntas kunna inspirera andra VA-organisationer att bygga liknande digitala tvillingar och därmed överföra resultaten till andra reningsverk efter projekttidens slut. Resultaten leder därför till kraftigt minskade utsläpp från avloppsreningsverk och bidrar till en mer hållbar avloppsvattenrening, och ta oss en bit på vägen för att nå Sveriges klimatmål. Dessutom väntas minskad användning av energi, ökade möjligheter för återvinning av näringsämnen och nya tjänster med potential att nå utanför Sveriges gränser.

Projektet bidrar till att nå flera av FN:s hållbarhetsmål, så som en hållbar industri, hållbara städer och samhällen, mindre klimatpåverkan och renare hav.