Recyclen met afvalwater

In de transitie naar een circulaire economie wordt afvalwater steeds meer als grondstof behandeld – de moeite waard om te recyclen. Waterzuiveraars zijn ook producent geworden van energie en grondstoffen zoals cellulosevezels, bioplastic, zwavel en fosfor en mogelijk ook eiwit. Zelfs het slib dat overblijft bevat componenten die we kunnen hergebruiken. Dit hergebruik is wat we circulaire economie noemen of de grondstoffencyclus. Is de toekomstige afvalwaterzuivering een bioraffinagefabriek?

Papiervezels recyclen

Elke Nederlander gebruikt circa 8 kg wc-papier per jaar. Deze cellulosevezels worden in een rioolwaterzuiveringsinstallatie (rwzi) gevangen in een zeefdoek en zijn in de meeste gevallen na een of meerdere opschoonstappen opnieuw te gebruiken. Bijvoorbeeld in de papier- en kartonindustrie, als afdruipremmer in asfalt, vezels voor isolatiemateriaal of grondstof voor suikers, butanol en bioplastics.

Cellulose van wc-papier wordt gezuiverd en verwerkt in asfalt.

Biogas maken

Via een anaeroob microbieel proces kan biogas worden verkregen, dat gebruikt kan worden voor de eigen elektriciteit- en warmtebehoefte van de rwzi of industrie. En een bierbrouwer die zo’n 10.000 hectoliter bier per dag produceert, bespaart zo al snel een miljoen euro per jaar op energie. Het anaerobe korrelslib dat geproduceerd wordt, heeft bovendien een interessante marktwaarde. Een mooie Nederlandse vinding die momenteel in de hele wereld wordt toegepast.

Direct energie

Wageningse milieuonderzoekers bedachten een methode om direct elektriciteit uit afvalwater te winnen met een microbiële brandstofcel. Zo kun je dus een lamp laten branden op afvalwater zonder dat hiervoor chemicaliën en dure elektrodematerialen nodig zijn. Het zal echter nog wel even duren voor we deze microbiële brandstofcellen in de praktijk aantreffen. Vooral de stap van kleine schaal (100 milliliter) naar grotere schaal zonder al te grote verliezen in efficiëntie, is een behoorlijke uitdaging.

Biopolymeren maken uit afvalwater

Er kan meer dan grondstoffen uit afvalwater recyclen. Ook het maken van biopolymeren uit afvalwater is een interessante optie. Zoals glycogeen (een soort zetmeel), olie en polyhydroxyalkanoaat (PHA) – een biologisch afbreekbaar plastic dat sterk lijkt op polyetheen (PE) en polypropeen (PP).

Tijdens onderzoek werd een nieuwe bacterie ontdekt die gespecialiseerd is in het opslaan van PHA. Deze technologie wordt momenteel door de TU Delft en het Friese bedrijf Paques verder ontwikkeld en is reeds bij diverse bedrijven uitgetest.

Gelvormende biopolymeren als grondstof

Bacteriën beschermen zich tegen een vijandige omgeving door zich te omhullen met een slijmkapsel dat uit extracellulaire polymeren bestaat. Het slib uit een afvalwaterzuivering kan wel tot 30% van dit soort gelvormende polymeren, vergelijkbaar met gelatine of alginaat, bevatten. Met dit polymeer kunnen nieuwe en zeer sterke materialen worden gemaakt.

Vleesvervangers

Ammonium in afvalwater is met specifieke bacteriën direct om te zetten naar eiwitten die als vleesvervanger kunnen dienen, de zogenaamde single cell proteins (SCP). Berekeningen laten zien dat de slibvergisting van Amsterdam de bewoners van die stad voor 36% in de netto eiwitbehoefte kan voorzien. Er is nog veel onderzoek nodig gericht op optimalisatie en opschaling van het reactorontwerp en bijvoorbeeld de kwaliteit van het gevormde eiwit. Maar wie weet blijkt het in de toekomst een goed en duurzaam alternatief voor de biefstuk.

Elementair zwavel

Tijdens de microbiologische oxidatie van sulfide in aanwezigheid van zuurstof uit de lucht vormt zich elementair zwavel. Dat is de basis van een innovatief biologisch proces om zwavel uit biogas of aardgas te halen en terug te winnen. Het gevormde biologische zwavel is hydrofiel van aard terwijl chemisch gevormd zwavel een hydrofoob karakter heeft.

Planten en dieren

Organismen kunnen afvalwater zuiveren en kunnen tegelijkertijd waardevolle stoffen produceren. Bijvoorbeeld in een Aquafarm: een aaneenschakeling van grote aquaria waarin wormen, plantjes, mosselen en vissen het afvalwater steeds verder bewerken, tot aan het einde van de keten schoon water overblijft. Na enkele weken worden ook de planten en dieren geoogst, als basis voor bijvoorbeeld tandpasta, lijm en parfum.

Kortom, uit ons afvalwater is meer te halen dan we denken.