Halen we binnenkort stroom uit de riolering?

Elk jaar produceert de wereldbevolking maar liefst 359 miljard kubieke meter afvalwater. Zowat de helft daarvan gaat verloren, de andere helft komt in dure en inefficiënte waterzuivering terecht om opnieuw gebruikt te kunnen worden.

Daar ligt een enorm potentieel, denkt een internationaal team waar ook het Vlaamse VITO deel van uitmaakt. Want dat afvalwater bevat waardevolle stoffen die nu vaak verloren gaan, maar broodnodig zijn in onder meer de landbouw.

Honderd kerncentrales

Afvalwater bevat immers heel wat organisch materiaal en voedingsstoffen uit onze toiletten, douches en wasserijen, maar ook uit industrieel water dat gebruikt is om te spoelen, te koelen of te reinigen. Een ander deel is afkomstig uit “voedselgerelateerde stromen” zoals keukens, restaurants of voedselverwerking. Vaak zit het boordevol energie.

‘Wereldwijd bevat ons afvalwater meer dan 800.000 gigawattuur aan chemische energie, wat overeenkomt met de jaarlijkse productie van honderd kerncentrales’, zegt professor Uwe Schröder van de Universiteit van Greifswald in Duitsland. ‘Het is ook rijk aan voedingsstoffen die worden gebruikt in landbouwmeststoffen en die, als we ze zouden kunnen terugwinnen, 11% van de wereldwijde vraag naar ammoniak en ongeveer 7 procent van de vraag naar fosfaat zouden kunnen dekken.’

Circulair

Nu worden ook al microben gebruikt om afvalwater te behandelen, door middel van anaërobe vergisting. Maar die aanpak kan veel efficiënter als gekozen wordt voor ‘microbiële elektrochemische technologieën’ (MET’s), zeggen de instellingen in Frontiers in Science. Dergelijke bacteriën brengen elektronen over naar hun omgeving, waardoor een elektrische stroom ontstaat wanneer ze worden aangesloten op elektroden in een brandstofcel. 

In laboratoriumomstandigheden kan die techniek nu al tot 35 procent van de chemische energie van afvalwater omzetten in elektriciteit. De onderzoekers zijn ervan overtuigd dat de opgewekte energie in principe zelfs zou kunnen helpen om de zuiveringsinstallaties zelf te laten draaien. Nu is waterzuivering goed voor ongeveer 4% van het wereldwijde energieverbruik.

De microben kunnen ook helpen om voedingsstoffen uit afvalwater te halen, waardoor het wordt gereinigd voor verder gebruik. Dat zijn twee vliegen in één klap, want voor de productie van veel van de stoffen zijn nu energie-intensieve processen nodig. En: hoe minder van de voedingstoffen achterblijven in het water, hoe kleiner de kans op algenbloei in rivieren en kustgebieden. 

‘Dit zijn waardevolle chemicaliën die we niet zomaar kunnen weggooien’, legt Elizabeth Heidrich van de Universiteit van Newcastle uit. ‘Het water dat overblijft, kunnen we bovendien op vele manieren hergebruiken. Denken we maar aan sproeiwater voor gewassen of koelwater in de industrie. We kunnen nog een stap verder gaan en het verder behandelen om drinkwater te produceren.’

Glastonbury

De technologie kan de wereld helpen om de Duurzame Ontwikkelingsdoelen van de VN te halen, zeggen de onderzoekers. En het gaat niet om verre toekomstmuziek: MET's zijn in proefprojecten efficiënt gebleken en bieden de mogelijkheid om meer water onder meer uiteenlopende omstandigheden te behandelen. 

Zo werd in 2015 een door urine aangedreven installatie getest op het Glastonbury Festival, een van 's werelds grootste muziekfestivals. Sindsdien is het systeem succesvol gebleken in langdurige veldproeven in Oeganda, Kenia en Zuid-Afrika. Het systeem zet afvalwater om in elektriciteit, waarmee de verlichting rond de toiletten wordt aangedreven om de veiligheidsrisico's in gebieden zonder elektriciteitsvoorziening te verminderen.  

‘De ontwikkeling van MET's in de afgelopen twintig jaar heeft ons van het begrijpen van de ‘microbiële black box’ naar het bouwen van modulaire, schaalbare systemen gebracht die een impact kunnen hebben op de echte wereld’, zegt Deepak Pant van VITO. ‘We bevinden ons nu in een fase waarin deze technologieën technisch haalbaar zijn. De volgende stap is ervoor zorgen dat ze economisch concurrerend zijn met traditionele behandelingsmethoden. Door MET's strategisch te integreren in onze bestaande infrastructuur, kunnen we het wereldwijde afvalwaterbeheer omvormen tot een zelfvoorzienende motor voor het terugwinnen van hulpbronnen.’