Afvalwater wordt grondstoffenfabriek

350 jaar geleden ontdekte Antoni van Leeuwenhoek minuscule wezens in de eerste door hemzelf ontworpen microscoop. Het waren bacteriën uit het grachtenwater van zijn woonplaats Delft.

Tegenwoordig kijkt professor Mark van Loosdrecht met zijn team aan de Technische Universiteit in dezelfde stad naar het gedrag van bacteriën in zowel industrieel als huishoudelijk afvalwater. De micro-organismen spelen een glansrol bij hergebruik van afval. Van Loosdrechts onderzoek is een zoektocht naar optimale condities waaronder bacteriën gewenst gedrag vertonen. Een voorbeeld. Bacteriën die water zuiveren hebben zuurstof nodig om te groeien.

Door zuurstof aan afvalwater toe te voegen stimuleer je die groei en verloopt het zuiveringsproces sneller. “Waar bacteriën in de natuur een maand tijd voor nodig hebben, voltrekt zich in ons lab in een uur tijd. Waterzuivering is eigenlijk het versnellen van de natuurlijke kringloop.” De hoogleraar Milieutechnologie en Waterzuivering ontdekte ook dat afvalwaterbacteriën onder bepaalde condities op een bijzondere manier groeien, namelijk als korrels.

Alle korrels samen vormen een slib dat eenvoudig aan het water te onttrekken is. Op basis van dat principe construeerde Van Loosdrecht samen met externe ingenieurs een korrelslibinstallatie voor huishoudelijk afvalwater. In vergelijking met traditionele waterzuiveringsinstallaties verbruikt ze minder energie, neemt minder ruimte in beslag en heeft ze lagere operationele kosten, omdat het gebruik eenvoudiger is. Een andere belangrijke winst: de installatie levert schoner water.

Vervuiler betaalt

Nederland kent sinds de jaren ‘70 het principe van ‘de vervuiler betaalt’. Het dwong de industrie maatregelen te treffen om milieuschade te beperken en te voorkomen. In afvalwater van een Nederlandse gistfabriek ontdekten TU-onderzoekers per toeval de Anammox-bacterie, een microbe die schadelijk ammonium omzet in onschuldig stikstofgas en water.

De bacterie wordt tegenwoordig met succes ingezet in Anammox-installaties voor industrieel afvalwater. De onderzoeksgroep van Van Loosdrecht ontdekte afgelopen jaren nog veel meer nuttige bacteriën en de omstandigheden waarin ze floreren. Bijvoorbeeld een bacterie die onder een hongerregime bioplastic maakt.

Ook vond men een micro-organisme dat biogas uit afvalwater haalt, weer een andere kan fosfaat herwinnen. Een bacterie die zich op vetten richt, blijkt biodiesel te kunnen produceren. Potentieel is er uit afvalwater dus veel terug te winnen. Maar wanneer is recyclen rendabel?

Product met marktpotentie

Volgens professor van Loosdrecht zijn volume en afzetmogelijkheden belangrijke succesfactoren. Een voorbeeld van een product met marktpotentie is de alginaatachtige polymeer die een bacterie in korrelslibinstallaties produceert. Alginaat is een soort gelatine dat onder andere verwerkt wordt in verbandmateriaal voor brandwonden.

Het alginaat uit de waterzuivering kan nog veel meer. Gemengd met klei ontstaat een brandwerend materiaal dat elektriciteitskabels van een onbrandbare coating kan voorzien. In de bouw kan het product cement besparen, wat volgens van Loosdrecht ook een belangrijke milieuwinst oplevert. “Productie en gebruik van cement is wereldwijd goed voor vijf procent van de CO2-uitstoot door de mens.” Alginaat wordt gewoonlijk gewonnen uit zeewier.

Dertig zuiveringsinstallaties kunnen jaarlijks evenveel volume produceren dan er in dezelfde tijd aan alginaat uit zee komt. Er valt in de waterzuivering nog veel meer te recyclen. In mei van dit jaar start aan de Ankeveense plassen een experiment met een reactor waarin een mix van bacterieculturen ammoniak uit afvalwater omzet in aminozuren, de bouwstenen voor eiwitten. Afval wordt hier voedsel. De bedenkers van deze technologie zijn onderzoekers van de Universiteit van Gent.

Opdrachtgever is Waternet, dat voor de gemeente Amsterdam en het waterschap Amstel, Gooi en Vecht alle watertaken uitvoert: van rioolzuivering en de levering van schoon drinkwater tot veiligheid bieden tegen overstroming en de zorg voor schoon en voldoende oppervlaktewater. En nu dus ook producent van grondstoffen.

6300 ton eiwit

Als de bacteriën in Ankeveen in de praktijk brengen wat ze onder laboratoriumomstandigheden al deden, is het in de toekomst mogelijk uit Amsterdams rioolslib jaarlijks 6300 ton eiwitten te produceren. Dat is 35 procent van de hoeveelheid eiwitten die de hoofdstedelijke bevolking per jaar nodig heeft.

Waternet-directeur Roelof Kruize voorziet een mooie toekomst voor het product. “Binnenkort verwelkomt de aarde zijn 9-miljardste bewoner en is er wereldwijd een groeiende behoefte aan eiwitten. Die kunnen zuiveringsinstallaties leveren, in eerste instantie als supplement van veevoer, maar eiwitten voor menselijke consumptie sluit ik op den duur niet uit.”

Vervuiler ontvangt

Voordat eiwitten uit afval opgenomen mogen worden in de voedselketen, dient de huidige wet- regelgeving aangepast en zal er eerst uitgebreid getest moeten worden. Kruize, die veiligheid rondom voedsel prioriteit vindt, heeft er vertrouwen in dat de wetgever eerdaags overstag zal gaan. Dat gebeurde recentelijk ook voor de levering van fosfaat uit rioolafval.

Fosfaat is een belangrijke grondstof in kunstmest. Tot voor kort mocht gerecycled fosfaat niet aan kunstmestfabrieken geleverd worden, omdat het gecategoriseerd was als afval. Dat mag nu wel. Waternet opende in 2014 een fabriek voor winning van fosfaat uit urine, die inmiddels 1000 ton per jaar produceert. In de waterzuivering is een revolutie gaande. Afvalwater is lang gezien als troep waar je zo snel mogelijk vanaf moest.

Vandaag de dag wordt het beschouwd als een substantie die boordevol waardevolle stoffen zit die er met verschillende procedures uit te halen zijn. Waterzuivering wordt een grondstoffenfabriek van lokaal geproduceerde producten. Op dit moment betalen mensen nog voor de verwerking van hun afval, maar het zou Kruize niet verbazen als ze er in de toekomst geld voor krijgen. Feit is dat de rekening voor waterzuivering voor Amsterdammers de laatste jaren is gedaald.

De in Delft ontwikkelde zuiveringsinstallaties vinden hun weg vooral naar het buitenland. Voor Nederlandse waterschappen is het te duur bestaande centrales te vervangen door nieuwe. In opkomende economieën als Brazilië en China, waar de wetgever inmiddels van gemeentes en bedrijven eist hun afvalwater te zuiveren, is er veel vraag naar. Wereldwijd zijn er op dit moment dertig korrelslibinstallaties operationeel.

Wat de opbrengsten uit grondstoffen betreft, benadrukt Van Loosdrecht dat ze van meerwaarde moeten zijn en uit eigen kracht, dus zonder subsidie, de markt op moeten. De toekomst moet leren of en wanneer dat lukt, en wat er nog meer mogelijk is. Slechts twee procent van de afvalwaterbacteriën is pas bestudeerd en beschreven. Er is in het laboratorium van Van Loosdrecht nog een wereld aan toepassingen te ontdekken.