Energie en Circulaire Systemen

Kringloopsluiting

Uitputting van natuurlijke hulpbronnen en fossiele energiebronnen maakt een transitie noodzakelijk van de huidige lineaire economie naar een circulaire economie, waarin kringlopen voor materialen, energie en water worden gesloten. Hiervoor is een cyclische, waardegerichte inzet van grondstoffen, energie en water nodig, naast een efficiënte omgang met deze cruciale hulpbronnen op systeemniveau. De watersector vertaalt dit streven door reductie en besparing en het inzetten van alternatieve grondstoffen en duurzame energie en zet in op terugwinning en hergebruik van grondstoffen in de waterketen en daarbuiten. Hierdoor ontstaat tegelijkertijd minder emissie van stoffen naar het milieu. Met praktijkgericht onderzoek draagt KWR bij aan de ontwikkeling van de circulaire economie en de maatschappelijke verankering van innovatieve oplossingen.

Schaalniveau en wet- en regelgeving – zowel nationaal als Europees – zijn belangrijke factoren bij het realiseren van kringloopsluiting. Het is een logistieke en organisatorische uitdaging om grondstoffen op uiteenlopende locaties in de waterketen terug te winnen, met variërende kwaliteit, en deze grondstoffen om te vormen tot een handelsproduct met een constante kwaliteit en leveringsomvang. KWR onderzoekt en ontwikkelt in deze context marktconcepten en creëert daarbij een integrale aanpak, die leidt tot een circulaire economie en een circulair systeem. Een dergelijke aanpak combineert oude en nieuwe concepten, en verbindt verschillende sectoren uit de energie-voedsel-water Nexus. Het onderzoek vertaalt zich in praktische aanbevelingen, technieken en concepten voor onder meer waterbedrijven, waterschappen, gemeenten en industrie.

De transitie naar een duurzame water-, energie- en voedselvoorziening vraagt om een cross-sectorale aanpak.

KWR brengt kennis in over drink-, afval- en industriewater, milieutechnologie, biotechnologie en meer, in nauwe samenwerking met kennispartners als AquaMinerals, ISPT, ‘Netwerkgroep Industriewater’ en kennisnetwerken van de waterschappen. Recent onderzoek naar kringloopsluiting omvat onder meer:

• Reststoffen in de (stedelijke) waterketen
• Ontwikkeling van visie, bestuurlijk draagvlak en technologie voor terugwinning van componenten, energie en water uit de waterketen
• Onderzoek naar productvorming, terugwinning en creatie van waardeketens vanuit afvalwater- en drinkwaterprocessen (bv. calciet, eiwitten, cellulose, struviet, biogas, ijzerslib).
• Procesintensivering, waterhergebruik en kringloopsluiting in de industrie en landbouw
• Modernisering afvalwaterzuivering
• Integrale procesoplossingen voor optimaal gebruik van energie uit afvalwater en slib
• Kennis en ervaring uitwisselen en delen voor opbouw van expertise en het mogelijk maken van innovatie

Water voor Energie

Ter beperking van klimaatverandering zijn doelstellingen vastgelegd in het Parijs-akkoord, de Europese Green Deal en het Nederlandse Klimaatakkoord. De energietransitie is een grote maatschappelijke opgave, het realiseren van een betaalbare, duurzame energievoorziening in 2050 vergt veel inspanning en motivatie. De energietransitie creëert veel innovatiemogelijkheden en veel vragen, op het gebied van technologie, wetgeving, financiering en organisatie van nieuwe energie concepten. .

KWR biedt toegevoegde waarde voor de energietransitie met onderzoek op het snijvlak van water en energie. KWR wil met onderzoek en innovatie bijdragen aan kansen en mogelijkheden voor verduurzaming van de energievoorziening, met name voor het water-gerelateerde deel van het energiesysteem.  Tegelijk brengen we de randvoorwaarden in beeld voor het transitie pad:. KWR focust op oplossingen voor de energietransitie die het watersysteem en de drinkwatervoorziening niet in problemen brengen.

KWR brengt kennis samen van het energie systeem met expertises zoals geohydrologie, waterinfrastructuur, milieutechnologie, hydroinformatica, participatieprocessen en betrokkenheid van burgers. De energietransitie is een maatschappelijke opgave, daarom werken we in samenwerking met stakeholders in de energietransitie zoals gemeentes, provincies, warmtebedrijven, netwerkbedrijven, waterbedrijven, bouw- en installatiebedrijven en eindgebruikers.

Binnen het thema Water voor Energie werkt KWR aan innovaties voor:

• Verantwoord benutten van de ondergrond voor bodemenergie, ondergrondse warmteopslag en geothermie en voorkomen van negatieve interactie met drinkwaterwinning
• Ontwikkeling van aquathermie, met name energie winnen uit drinkwaterleidingen
• Drukte in de ondiepe ondergrond en interactie tussen warmtenetten en drinkwaternetten
• Het beheersen van gezondheidsrisico’s zoals legionella in drinkwaternetten en bij warm tapwaterbereiding
• Optimalisatie van warmtesystemen
• Groene waterstofproductie

In de transitie naar een circulaire economie zien we systeemoplossingen waarbij integrale oplossingen voor meerdere grondstoffen, water en energie samenkomen.

Systeemoplossingen voor een circulaire economie

Hoe bereiken we een volledig circulaire economie met hernieuwbare energie? De duurzaamheidstransitie die wereldwijd gaande is, vraagt om een breed perspectief. Er wordt veel technologie ontwikkeld, maar dat is niet voldoende. Een systeemoplossing werkt alleen, als ook financiële, juridische en organisatorische randvoorwaarden kloppen.

In de energietransitie is het matchen van vraag en aanbod van duurzame energie van belang. Er is een mismatch tussen vraag en aanbod, zowel in de tijd (denk aan dagpatroon en seizoensfluctuatie) als in de ruimte (denk bijvoorbeeld aan decentrale opwekking en opwekking op zee). Door opslag, transport en conversie wordt het energiesysteem ingericht. Uiteindelijk moeten alle stukjes van het systeem als een puzzel in elkaar passen, zowel op het niveau van een wijk of buurt, als op het niveau van een stad, land of continent. In onze visie op het toekomstige water- en energiesysteem  zijn water, waterstof, warmte en elektriciteit op integrale wijze aan elkaar gekoppeld. Het Power-to-X-concept  is een goed voorbeeld van deze integrale visie.

In de transitie naar een circulaire economie zien we systeemoplossingen waarbij integrale oplossingen voor meerdere grondstoffen, water en energie samenkomen. Bijvoorbeeld in het Power-to-Protein -concept voor productie van eiwitten uit stikstof- en koolstofbronnen in afvalwater. Daarvoor worden bacteriën ingezet die deze voedingsstoffen samen met waterstof omzetten in eiwitten met als doel de (artificiële) stikstofkringloop te sluiten.

Samen met KWR-experts in sociologie  en governance werken de experts op het gebied van Energie en Circulaire systemen aan complete systeemoplossingen.

Tools

Met optimalisatie-, simulatie- en visualisatiegereedschap kun je de uitdagingen inzichtelijk maken die de transitie naar circulaire systemen en benutting van duurzame energiebronnen met zich meebrengen. Onze experts verbeteren deze instrumenten en passen ze toe voor analyse op tactisch-strategisch niveau, monitoring en geavanceerde sturing op operationeel niveau. Zij analyseren potentiële totaaloplossingen en beoordelen deze op prestaties, kosten, baten en milieu- en andere duurzaamheidsaspecten. Bovendien bieden de instrumenten toepasbare oplossingen om bedrijfsvoering te optimaliseren op kosten- en duurzaamheidsaspecten.

De analyse-gereedschapskist omvat onder andere:

• maatschappelijke kosten-batenanalyses
• analyses van total cost of ownership (TCO) of levencyclus costs (LCC), die de potentie van een systeem bepalen op techno-economische gronden
• gereedschappen als levenscyclusanalyse (LCA), eco-efficiency, footprinting en andere milieuffectbepalingen die inzicht bieden in de effecten op ecologie, mens (gezondheid), milieu en klimaat bij diverse scenario’s.
• Instrumenten voor monitoring en adaptieve sturing, gericht op optimalisatie van economische en duurzame aspecten van integrale systemen.