Avloppsreningsverk släpper ut ungefär dubbelt så mycket växthusgaser som man tidigare trott, enligt ingenjörer från Princeton som använde ett mobilt laboratorium för att kontrollera reningsverk över hela landet.
I en artikel publicerad i tidskriften Nature Water rapporterar ett forskarteam under ledning av professorerna Mark Zondlo och Z. Jason Ren, i samarbete med professor Francesca Hopkins från UC-Riverside, att avloppsreningsverk sammantaget producerade 1,9 gånger mer dikväveoxid än vad miljöskyddsmyndigheten uppskattat och 2,4 gånger mer metan.
Baserat på de nya mätningarna bidrar avloppsreningsverk med 2,5 % av USA:s metanutsläpp och 8,1 % av kväveoxiden. Både metan och kväveoxid är potenta växthusgaser som tillsammans står för cirka 22 % av den globala uppvärmningen sedan 1850, enligt forskarna.
Forskarna säger att den goda nyheten är att en stor del av utsläppen produceras av ett litet antal avloppsreningsverk. Detta innebär att åtgärder för att förbättra relativt få anläggningar skulle ha en stor inverkan på den totala föroreningen.
Zondlo, professor i civil- och miljöteknik, säger att arbetet belyser vikten av växthusgasutsläpp från avloppssystem, som han menar spelar en viktig roll för folkhälsan och miljön.
”Vi vill ha rent vatten”, säger Zondlo. ”Men det finns en annan sida av frågan, och utsläpp i luften har inte fått samma uppmärksamhet som vatten.”
För att göra detta använde teamet ett mobilt laboratorium kallat ”Princeton Atmospheric Chemistry Experiment” – ett elfordon utrustat med laserbaserade system utvecklade av Zondlo och hans kollegor, tillsammans med kommersiella gas- och meteorologiska sensorer.
Princeton-teamet gjorde direkta mätningar från 96 avloppsreningsverk som tillsammans behandlar 9 % av avloppsvattnet i USA. Doktoranderna Daniel Moore och Nathan Li körde det mobila laboratoriet kvartalsvis från östkusten till Kalifornien och övervakade utsläppen från anläggningarna varje säsong under den 14 månader långa kampanjen.
”Det var många mil”, säger Moore, som uppskattar att de totalt körde cirka 83 000 kilometer. Moore är nu datavetare hos miljöorganisationen WattTime.
Forskarna fäste en rad sensorer på taket av en elbil, som de körde till anläggningar över hela USA. Källa: Princeton University
För att fånga upp mätvärdena körde teamet det mobila laboratoriet på allmänna vägar runt anläggningarnas omkrets och registrerade uppstigna gasmoln. Vanligtvis körde forskarna förbi en anläggning ungefär tio gånger för att samla in ett prov, och de tog prover från många anläggningar flera gånger under olika väderförhållanden och tidpunkter på dygnet (37 anläggningar provtogs kvartalsvis).
Individuella utsläpp analyserades för varje anläggning för att både fastställa utsläppen på sektornivå och förstå driften av varje anläggning. Data för varje anläggning rapporterades anonymt, eftersom målet med studien inte var att rapportera offentligt om någon specifik anläggning utan snarare att fånga upp trender i branschen som helhet.
”Vi ville ta reda på hur det var i verkligheten, inte bara under idealiska förhållanden”, säger Moore.
Avloppsreningsverk förlitar sig vanligtvis på mikrober för att konsumera avfall som en del av reningsprocessen, och mikroberna producerar olika gaser som metan och dikväveoxid som biprodukter.
På grund av komplexiteten i avloppsvattnets sammansättning varierar behandlingsteknikerna och driftsstrategierna mellan anläggningarna, vilket leder till olika biologiska reaktioner och därmed stora variationer i utsläppen av växthusgaser. Eftersom det är en biologisk process påverkar många miljöfaktorer hur mycket gas mikroberna producerar.
Andra faktorer spelar också en roll. Kraftiga regn kan påverka avloppsinnehållet, och temperaturen och årstiden kan påverka utsläppen.
”En gång blev vi inbjudna till en anläggning och fann höga koncentrationer av dikväveoxid runt en luftningstank. Vi kom tillbaka en vecka senare, och då fanns det ingenting”, sa Moore.
Den oförutsägbara karaktären hos utsläppen från avloppsreningsverk var en faktor som gjorde det svårt att uppskatta de nationella utsläppsnivåerna, säger forskarna.
Zondlo säger att tidigare uppskattningar baserades på god vetenskap, men att mycket av detta byggde på mycket små delar av ett mycket litet antal anläggningar som extrapolerades till nationell nivå. En enskild del av en anläggning har svårt att återspegla utsläpp från andra kända källor, fånga upp verksamheter som kanske inte är optimerade eller identifiera okända källor på dessa stora anläggningar.
”Avloppsreningsverk är ofta komplexa. Många anläggningar byggdes på 70-talet och har byggts ut i takt med den tekniska utvecklingen”, sa han. ”Vår strategi är att titta på hela anläggningen, titta på många anläggningar och titta på olika tidpunkter.”
De flesta avloppsreningsverk i USA drivs av kommuner eller lokala myndigheter, säger forskarna. Ren, professor i civil- och miljöteknik och vid Andlinger Center for Energy and the Environment, säger att det inte finns mycket information tillgänglig som kan vägleda anläggningsoperatörerna.
”De vet att de har utsläpp. I många fall vet de inte hur höga de är”, säger Ren. ”De flesta av reningsverken fokuserar på att se till att vattnet är rent. Luftutsläpp har inte varit deras högsta prioritet, även om många blir alltmer intresserade av att förstå dem bättre.”
Zondlo säger att nästa steg mot att minimera utsläppen skulle vara att samarbeta med anläggningsoperatörerna för att få en bättre förståelse för vad som händer inne i avloppsreningsverken. Eftersom de flesta anläggningar är stora och relativt komplexa är det troligt att vissa processer eller behandlingar släpper ut mer gas än andra. Underhåll och utrustningens ålder kan också spela en roll.
”Om vi kan få mer information om anläggningarna kan vi lättare få kontroll över både luftutsläppen och vattnet”, säger han.
Ren säger att utsläppskontroll också kan ge ett ekonomiskt incitament för vatten- och avloppsföretagen. Om det finns ett ekonomiskt sätt att återvinna metan eller kvävgas kan det bli en inkomstkälla för avloppsoperatörerna.
”Metan är till exempel en växthusgas och inte bra för miljön. Men det är också en värdefull förnybar energikälla”, sade han.
Mer information: Daniel P. Moore et al, Comprehensive assessment of the contribution of wastewater treatment to urban greenhouse gas and ammonia emissions, Nature Water (2025). DOI: 10.1038/s44221-025-00490-z
