Duurzame grondstoffen

Omzetting van reststoffen in waardevolle producten is een belangrijke schakel in de transitie van een lineaire naar een circulaire economie. KWR focust op hoe techniek, maatschappij en overheid de uitdagingen van grondstoffenhergebruik tegemoet kunnen treden. Hierbij staan duurzaam en kosteneffectief gebruik van reststromen en een integrale aanpak centraal om te besparen op water, energie en grondstoffen. De watersector heeft een uitstekende positie om grondstoffenefficiëntie in praktijk te brengen.

Hergebruik van grondstoffen in de watercyclus. Omzetting van reststoffen in waardevolle producten is een belangrijke schakel in de transitie van een lineaire naar een circulaire economie.

Waterhergebruik

Droogte heeft gevolgen voor zowel landbouw en natuur als voor onze waterveiligheid. Om de risico’s van uitdroging te beheersen, ontwikkelt het Delta-programma Waterkwaliteit en Zoetwater strategieën om de zoetwatervoorraad op lange termijn te waarborgen. Eén van de pijlers van deze strategieën is het verhogen van de regionale zelfvoorziening met betrekking tot de zoetwatervraag door de toegang tot lokale waterbronnen efficiënter te benutten. De Europese Unie werkt ook aan regelgeving om het hergebruik van water in de landbouw te stimuleren. Hergebruik van afvalwater en rioolwater wordt steeds belangrijker als alternatieve strategie voor de productie van zoetwater. In Nederland en Vlaanderen (België) zijn verscheidene toepassingen/pilots gebaseerd op hergebruik van industrieel en gemeentelijk afvalwater, waardoor er meer zoetwaterbronnen voor de drinkwatervoorziening beschikbaar komen. Een belangrijke uitdaging bij waterhergebruik van afvalwater is de mogelijke aanwezigheid van pathogenen en antropogene stoffen (giftige stoffen). Daarom is het van het grootste belang om bij hergebruik van water (i) de huidige en toekomstige scenario’s voor waterhergebruik te beoordelen, (ii) een integraal beeld van de watersystemen van verschillende sectoren te krijgen (zie onderstaande figuur) en (iii) kansen voor waterhergebruik te herkennen en kennisleemten te signaleren.

Water en energie

In het algemeen wordt in onze huidige energiebehoefte voorzien door een gecentraliseerd systeem dat gebaseerd is op de productie en distributie van fossiele energie. Dit is een systeem dat al meer dan een eeuw bestaat, maar de komende decennia moet worden getransformeerd tot een systeem dat gebaseerd is op hernieuwbare energie. De prijzen van zonne- en windenergie zijn uiteraard het laagst in gebieden met veel zonnestraling of hoge windsnelheden, zoals in de woestijn of midden in de Atlantische Oceaan. En dat zijn meestal onbewoonbare of dunbevolkte gebieden. We moeten dus manieren vinden om de hernieuwbare energie om te zetten en op te slaan, zodat we deze kunnen transporteren van gebieden waar de productie ervan goedkoop is naar dichtbevolkte gebieden waar de energie nodig is. Warmte of bijvoorbeeld waterstof – gecomprimeerd, vloeibaar of omgezet in ammoniak – kan een geschikte drager zijn voor deze energie.

In het Power-to-X-concept heeft KWR een opzet ontwikkeld voor een geïntegreerd systeem waarmee een woonwijk kan voldoen aan de vraag naar elektriciteit, mobiliteit en warmte. Het systeem maakt gebruik van zonne- of windenergie om ’s zomers warmte op te wekken of om waterstof als energiedrager te produceren. De opgewekte warmte wordt ondergronds opgeslagen om ’s winters de woningen rechtstreeks mee te verwarmen. De waterstof wordt geproduceerd uit pieken in de productie van hernieuwbare elektriciteit en wordt gebruikt als transportbrandstof voor mobiliteit. Verder wordt regenwater verzameld van zonnepanelen, opgeslagen in de grond en gebruikt voor de productie van waterstof, maar ook deels voor de levering van water aan de huishoudens.

Terugwinning van grondstoffen

Uitputting van natuurlijke hulpbronnen en fossiele energiebronnen maakt een transitie noodzakelijk van de huidige lineaire economie naar een circulaire economie. Dit is de reden voor de toenemende wereldwijde belangstelling van de watersector voor de terugwinning van grondstoffen, door hergebruik en terugwinning van residuen in de watercyclus en omzetting in waardevolle producten. Terugwinning van grondstoffen speelt niet alleen een rol bij het terugdringen van het verbruik van primaire grondstoffen, maar is ook een belangrijke bouwsteen voor de circulaire economie.

Technologieontwikkelaars, maatschappij en overheid staan voor veel uitdagingen om afvalstromen in te zetten als reststromen en te gaan gebruiken als bronnen van energie, water, voedingsstoffen en overige componenten. Het is belangrijk om oude en nieuwe concepten te combineren tot een integrale aanpak die leidt tot een circulaire economie.

Reststromen duurzaam en kosteneffectief maken

KWR onderzoekt hoe de terugwinning van grondstoffen in de waterketen mogelijk is door reststromen duurzaam en kosteneffectief te gebruiken. We richten ons hierbij op de ontwikkeling van technische en organisatorische methoden voor inzameling van reststromen en op technieken voor het (her)winnen van water, grondstoffen en energie uit reststromen. Resultaten van ons onderzoek vertalen zich in praktische aanbevelingen, technieken en concepten voor onder meer waterbedrijven, waterschappen, gemeenten en industrie.

Een indruk van onze onderzoeksrichtingen in de terugwinning van grondstoffen:

Reststoffen in de (stedelijke) waterketen

• Ontwikkeling van visie, bestuurlijk draagvlak en technologie voor terugwinning van componenten, energie en water uit de waterketen. Onze expertise binnen dit onderzoeksprogramma beslaat onder meer drink-, afval- en industriewater, milieutechnologie en biotechnologie. We werken nauw samen met bijvoorbeeld AquaMinerals, waterbedrijven en waterschappen.
• Onderzoek naar productvorming en creatie van waardeketens vanuit afvalwater- en drinkwaterprocessen (bv. calciet, eiwitten, cellulose, struviet, biogas, ijzerslib).

Procesintensivering, waterhergebruik en kringloopsluiting in de industrie

• Onderzoek naar proceswaterbereiding, koelwaterconditionering, demiwaterproductie en behandeling van industrieel afvalwater, mede gericht op hergebruik.

Modernisering afvalwaterzuivering

• Integrale procesoplossingen voor optimaal gebruik van chemische energie uit afvalwater en slib, bijvoorbeeld middels karakterisering en verbetering van biologische processen, onder meer door de ontwikkeling van microbiologische tools.

Kennisnetwerken

• Uitwisseling en delen van kennis en ervaring voor opbouw van expertise en het mogelijk maken van innovatie.

Een korte video met uitleg over het Power-to-Protein-concept, dat wil zeggen productie van diervoeders en voedingsmiddelen op basis van stikstof die afkomstig is uit afvalwater en waterstof.

Voordelen van de terugwinning van grondstoffen

Voor de watersector biedt de terugwinning van grondstoffen een aantal voordelen. Het draagt immers bij aan een circulaire economie, waarin energie-efficiëntie en duurzaamheid centraal staan. Met hergebruik van water kunnen in bepaalde gevallen flinke kostenbesparingen worden gemaakt en kan de productiecapaciteit worden vergroot zonder meer (grond)water te gebruiken.

Video – 02:38. Kees Roest vertelt over fosforterugwinning uit urine en afvalwater op Schiphol en in Amsterdam.