Water Archieven - Utilities

Op het terrein van HVC in Dordrecht is een demofabriek geopend die grondstoffen voor een nieuwe, natuurlijke plastic-vervanger produceert uit natuurlijke reststoffen. Deze zijn afkomstig uit afvalwater.

Het materiaal heeft de voordelen van plastic maar niet de nadelen. Het is licht en vormbaar, is verwerkbaar als plastic én volledig biologisch afbreekbaar. Daardoor worden er geen microplastics in de natuur achtergelaten. De samenwerkingspartners achter de fabriek zien legio mogelijkheden voor de toekomst: van schoenzolen tot landbouwplastic en kweekpotjes, tot zelfhelend beton in tunnels en kelders.

Het nieuwe materiaal wordt gemaakt uit natuurlijke reststoffen. Deze zijn afkomstig van afvalwater, waarin veel vetzuren zitten. De bacteriën in de demonstratie-installatie zetten deze vetzuren om. Zoals mensen vet in het lichaam opslaan, slaan deze bacteriën dit materiaal als een energiereserve in hun cel op. De stof wordt uit de bacteriën gehaald en kan vervolgens worden gebruikt als natuurlijke plastic-vervanger.

Samenwerkingsverband

De installatie is mogelijk dankzij een bijzondere samenwerking tussen private en publieke partijen. Het samenwerkingsverband bestaat uit vijf waterschappen: Brabantse Delta, De Dommel, Hollandse Delta, Scheldestromen en Wetterskip Fryslân. Met daarnaast STOWA, Paques Biomaterials en HVC.

Met de demonstratiefabriek willen de samenwerkingspartners een brug slaan naar een commerciële productie van de natuurlijke plastic-vervanger. De demo-installatie maakt het voor een groot aantal geïnteresseerde bedrijven mogelijk om het nieuwe materiaal te testen en toe te passen in hun producten als alternatief voor plastic. Het is de bedoeling na de demofase op te schalen en grotere installaties neer te zetten die de natuurlijke plastic-vervanger op de markt zal brengen.

> Lees hier meer over het project

Klimaatverandering en zorgen om de waterkwaliteit zetten zowel waterinname als -lozing onder druk. Industriële grootverbruikers van zoetwater zetten daarom steeds vaker alternatieve bronnen in voor drink- of grondwater. Die keuze kunnen ze maken dankzij membraantechnologie. Afgeleide voordelen als warmte- en grondstoffenterugwinning maakt de businesscase nog interessanter.

Hoewel de waterwereld inmiddels veelvuldig gebruik maakt van membraantechnologie, is de discipline nog relatief jong. Vijftig jaar geleden begonnen de eerste pioniers water te zuiveren of vloeistofstromen in te dikken met membranen. Sindsdien heeft de scheidingstechnologie een grote vlucht genomen. En dat is niet voor niets want membranen zijn energiezuinig, schaalbaar en kennen een redelijk eenvoudige procesvoering. Bovendien is er nog steeds veel innovatie op het gebied van materialen, configuraties en toepassingen waardoor steeds weer nieuwe te scheiden stromen in het bereik van de technologie komen. En dat is hard nodig, want de industriële transitie naar emissievrij, klimaatneutraal en circulair zet de waterketen op zijn kop. De industriële emissies moeten omlaag terwijl de beschikbaarheid van schoon zoetwater onder druk staat. Een oplossing voor beide uitdagingen is te vinden in membraantechnologie.

Stroperige olie

Emiel Nijhuis van RWB heeft al heel wat projecten opgeleverd en ziet de vraag naar membraantechnologie nog steeds toenemen. ‘Tot voor kort hadden we het nog niet veel over waterschaarste. Omdat drinkwater overvloedig aanwezig was en relatief goedkoop was de businesscase voor membraanfiltratie vaak moeilijk rond te krijgen. Alleen in de gebieden die kampten met verdroging of verzilting moest men wel overschakelen op alternatieve bronnen. Dat zag je bijvoorbeeld bij de Nederlandse olievelden rondom Schoonebeek. Om de stroperige olie nog te kunnen winnen, moest men de viscositeit verlagen met stoom. Daarvoor was heel veel demiwater nodig en dat in een gebied dat vanwege de zandgrond veel last heeft van verdroging. Men vond de oplossing door een alternatieve waterstroom in te zetten: effluent uit de lokale rioolwaterzuivering.’

Emiel Nijhuis: ‘De bedrijven zullen terug naar de tekentafel moeten om hun waterhuishouding opnieuw onder de loep te nemen.’

Watermaatschappij Drenthe en Waterschap Vechtstromen besloten in 2011 samen een waterfabriek te bouwen en noemden deze Nieuwater. De fabriek werkt effluent van de rioolwaterzuivering in Nieuw-Amsterdam op tot demiwater. Men vond de oplossing in een combinatie van ultrafiltratie, een biologisch actief koolfilter, reverse osmose en elektrodeïonisatie. De fabriek produceert al ruim tien jaar dagelijks achtduizend kuub water met een geleidbaarheid van 0,065 micro Siemens per centimeter.

Restwaterstromen

Het voorbeeld van Nieuwater zal voor steeds meer bedrijven gelden, stelt Nijhuis: ‘Water wordt schaarser en dus heroverwegen Provinciale bestuurders en waterschappen vergunningen voor grondwateronttrekking aan banden te leggen. De bedrijven in die gebieden zullen terug naar de tekentafel moeten om hun waterhuishouding opnieuw onder de loep te nemen. Welke kwaliteit water hebben ze echt nodig? En welke bronnen kunnen ze daarvoor inzetten? Zo zie je steeds meer bedrijven overstappen op oppervlaktewater. Membraanfiltratie is een mooie manier om dit water op te werken.’

Veel bedrijven lozen ook nog hun restwaterstromen in het riool, terwijl die met een kleine reinigingsstap eenvoudig weer terug zijn te leiden in het proces, stelt Nijhuis. ‘De vestiging van FrieslandCampina in Borculo gebruikte bijvoorbeeld condensaatwater als koelwater en loosde het daarna op het schoonwaterriool en de rivier de Berkel. Ook zij lopen steeds meer tegen lokale droogteproblemen aan en wilden voorkomen dat ze in een droge zomer moeten worden afgeschakeld. Met een combinatie van een keramische membraaninstallatie en reverse osmose kon de melkfabriek het water opwerken tot demiwaterkwaliteit en inzetten in zijn processen.’

Energiebesparing

De installatie van aardappelproducent Lamb Weston Meijer laat zich gemakkelijk vergelijken met de andere voorbeelden. Het bedrijf heeft zich ten doel gesteld een deel van haar afvalwaterstromen opnieuw in te zetten in de processen. De vestiging in Kruiningen had een eigen biologische zuivering en dankzij een combinatie van ultrafiltratie en reverse osmose produceert men nu zeventig kuub proceswater per uur.

Met een combinatie van een keramische membraaninstallatie en reverse osmose kan de melkfabriek van FrieslandCampina water opwerken tot demiwaterkwaliteit en inzetten in zijn processen.

Ook Grolsch zette een behoorlijke besparingsstap met membraantechnologie. De brouwerij in Enschede mag nog wel grondwater onttrekken als grondstof voor het bier. Om dit water geschikt te maken voor de brouwerij, wordt het bewerkt. Een van de bewerkingsstappen is een zandfilter, die regelmatig moet worden gespoeld om er ijzer en mangaan uit te halen. Dit spoelwater ging normaal gesproken naar de afvalwaterzuiveringsinstallatie. Door er een membraanfiltratie tussen te zetten kon Grolsch het opnieuw inzetten als spoelwater. Bijkomend voordeel van deze stap is dat het te koude spoelwater niet gunstig was voor de biologie in de afvalwaterzuivering. Door deze stroom te hergebruiken, bespaarde Grolsch indirect dus ook energie. ‘Die afgeleide voordelen kunnen in sommige gevallen de businesscase voor waterprojecten net de goede kant op laten vallen’, zegt Nijhuis. ‘Helemaal als er nog waardevolle grondstoffen in de reststromen zitten.’

Watermining

Met name de voedingsmiddelenindustrie richt zich steeds meer op watermining. Zo concentreert aardappelproducent Avebe zijn aardappelsap met membraantechnologie. Dat levert het bedrijf niet alleen direct zuiver water op, maar het ingedikte sap bevat ook nog waardevolle eiwitten die een mooie vervanger zijn voor dierlijke eiwitten.

Colubris Cleantech kent gelijksoortige voorbeelden van resource recovery bij aardappelproducenten en de groenteverwerkende industrie. ‘Eenvoudig gezegd bevat afvalwater stoffen die je ergens in het proces bent kwijtgeraakt’, zegt technologie- en R&D-manager Lex van Dijk. ‘Nu zijn die stoffen in sommige gevallen een goede bron voor vergisting, maar als je de waardevolle producten eruit haalt, hebben die een veel hogere waarde. Zo snijdt een groenteverwerker een breed scala aan groenten en houdt een suikerrijke stroom over. De suikers zijn een prima zoetstof die op tarwe gebaseerde zoetstoffen kunnen vervangen. Als je de juiste membranen toepast, kan je heel selectief de waardevolle stoffen eruit halen.’

Ook het aardappeleiwit heeft toegevoegde waarde omdat steeds meer mensen duurzame alternatieven zoeken voor vlees, weet Van Dijk. ‘Het vervangen van vlees is al duurzaam, maar als die ook nog eens van eiwitten uit reststromen zijn gemaakt, levert dat dubbele winst op voor het milieu.’

Colubris heeft veel projecten buiten Nederland in zijn portfolio, met name in gebieden met meer waterstress. Van Dijk: ‘De waterschaarste in India en andere delen van Azië zorgen ervoor dat de overheden zero liquid discharge afdwingen. Met name de textielindustrie is ruim vertegenwoordigd in die landen. De textielbedrijven mogen geen druppel water lozen en kozen daarom in het verleden voor het indampen van hun reststromen. Membranen bieden hiervoor een energiezuinig alternatief.’

Lex van Dijk: ‘Eenvoudig gezegd bevat afvalwater stoffen die je ergens in het proces bent kwijtgeraakt.’

William van Steenbruggen Area Sales Manager van Colubris heeft ook dichter bij huis vergelijkbare voorbeelden. ‘Een Duitse pluimveeslachterij loosde tot voor kort zijn afvalwater op de lokale beek. Toen de droogte in het gebied toesloeg, kon het bedrijf veel minder grondwater onttrekken. Een waterleiding doortrekken zou te duur worden en dus besloot het bedrijf het afvalwater weer op te werken tot productiewater. Vanwege hygiënische voorschriften mag dit water niet met het vlees in aanraking komen, maar er zijn genoeg processen waar het wel kan worden ingezet. Bijkomend voordeel is dat het water ongeveer twintig graden warmer is dan het grondwater. Daarmee gaat de gasrekening ook nog eens omlaag.’

Afvalwaterbehandeling

Hoewel zero liquid discharge in Nederland nog geen verplichting is, worden de eisen aan het lozen van afvalwater wel steeds strenger. Ook hier kunnen membranen een oplossing bieden. Van Dijk: ‘Neem zeer zorgwekkende stoffen zoals PFAS. De stof is onder meer terug te vinden in het percolaat van vuilstortplaatsen. Met membranen zijn die stoffen te concentreren zodat je ze kunt immobiliseren.’

Hoe waardevol membraanscheiding ook is, er zijn ook wel degelijk uitdagingen. ‘Uiteindelijk concentreer je de stoffen die in het water zitten’, zegt Nijhuis. ‘Het is natuurlijk mooi dat je oppervlaktewater kunt inzetten als proceswater, maar je houdt een concentraat over. Nu kan je zeggen dat alles wat je hebt geconcentreerd in het water zat en dus ook weer terug mag worden geloosd op het oppervlaktewater. Maar de vergunningsverlener is het daar niet altijd mee eens.’ Ook de opwerking van afvalwater tot demiwater levert lastige reststromen op. Met name brijn levert nog wel eens hoofdbrekens op.

Waar alle membraanexperts het over eens zijn, is dat eigenlijk elk project dat ze hebben uitgevoerd maatwerk vereist. Nijhuis: ‘Hoewel er veel parallellen te trekken zijn tussen de verschillende projecten, zijn de parameters per project zo verschillend dat je ze niet zomaar kunt kopiëren. De samenstelling van het water dat je bewerkt en de kwaliteit die je nodig hebt, is steeds anders en vraagt net een andere voorbehandeling, configuratie of procesvoering. Je moet dan ook altijd beginnen met een pilotinstallatie om te kunnen finetunen.’

Industrielinqs pers en platform levert als kennispartner voor de industrie een bijdrage aan een duurzame industrie. Dat doen we het hele jaar door met journalistieke producties en bijeenkomsten, zoals onze magazines Industrielinqs en Petrochem, verschillende nieuwssites, online talkshows, congressen, films en natuurlijk via social media.

Eén maal per jaar maken we de Industrielinqs Catalogus. Dit naslagwerk biedt al jaren een compleet overzicht van honderden leveranciers, opleiders, kennispartners en dienstverleners. Ook voor 2022 is dit complete naslagwerk uw gids voor de industriële delta.

We geven u bovendien een journalistieke blik op de toekomst dankzij een aantal artikelen over in het oog springende industriële trends. U leest onder meer:

  • Op de valreep van 2021 werd duidelijk dat de industrie een nog prominentere rol krijgt in de transitie naar een CO2-emissieloos energiesysteem. Daarmee lijken veel projecten die al in de steigers stonden, nu definitief op hun plaats te vallen. Tel daarbij absurd hoge gas- en CO2-prijzen op en het mag duidelijk zijn dat 2022 een scharnierpunt wordt voor de energietransitie.
  • Het is haast cynisch. De sectoren die tijdens corona-lockdowns als cruciaal worden gezien, kampen het meest met personeelstekorten. Denk aan de zorg, het onderwijs, maar niet te vergeten ook de industrie. Al decennialang klaagt de industrie over een dreigende krapte op de technische arbeidsmarkt. Vaak boden automatisering en efficiëntieslagen de nodige verlichting. Zal dat nu ook voldoende zijn?
  • Voor velen is het niet de vraag of er autonome fabrieken komen, maar meer wanneer. De technische vooruitgang gaat zo snel, dat steeds meer werk uit handen wordt genomen door digitale systemen. Zes trends maken de autonome fabriek mogelijk en het grootste deel is al begonnen.

Dit en meer vindt u in de Industrielinqs Catalogus 2022. Lees nu alvast digitaal!

In maart 2022 is dan eindelijk hét moment voor Aqua Nederland. Met diverse verplaatsingen vanwege COVID-19 opent Evenementenhal Gorinchem haar deuren voor waterprofessionals op 15, 16 en 17 maart. De huidige en toekomstige wateruitdagingen in de industrie, zoals het sluiten van waterketens, het verwaarden van afvalwater en slimme technologieën voor het hergebruik en zuiveren van afvalwater staan bij Aqua Nederland op de agenda. Naast de vertrouwde marktplaats voor nieuwe producten en diensten zet het platform ook flink in op kennisdeling en netwerken op ‘Next Level’ de geheel vernieuwde bovenetage in Evenementenhal Gorinchem. Hier zijn onder andere diverse kennistheaters, de Innovatiestraat en advies- en ingenieursbureaus ingedeeld. De partners die op Next Level te vinden zijn, zijn onder andere KWR, Evides Industriewater, Royal HaskoningDHV, Sweco Nederland, Siemens, ENVAQUA, Water Alliance, NWP, Vandervalk + Degroot BV, M.J. Oomen Moerdijk en nog veel meer.

Om iedere waterketen ook op inhoudelijk niveau te bedienen worden op Next Level enkele doelgroepgerichte theaters ingericht om de meest actuele onderwerpen te bespreken. Er komt drie dagen lang een Stedelijk Watertheater en een Watertheater dat iedere dag een andere doelgroep verwelkomt: Proceswater Dinsdag, Waterschap Woensdag en Drinkwater Donderdag.

Plantmanager Harm Dijkstra van Lyondell­Basell opende eind oktober met een druk op de knop het Circular Steam Project. Op de locatie van het bedrijf op de Maasvlakte staat een waste-to-energy fabriek die afvalwater van de site omzet in biogas en stoom. Dat het project onder de huidige omstandigheden is opgeleverd, getuigt van een sterk staaltje wilskracht. De energiebesparing van 0,9 peta­joule maakt natuurlijk veel goed.

Een beeld zegt natuurlijk meer dan duizend woorden, dus kijk nog maar even goed naar de foto van CSP. Een installatie met de omvang van een flink flatgebouw zie je niet veel bij de meeste utility-projecten. De inzet van LyondellBasell en Covestro was dan ook hoog. Ze wilden een technologie inzetten die nog nergens ter wereld werd gebruikt met een investeringssom van 150 miljoen euro. En dat in een tijd dat de CO2-prijs nog niet heel veel businesscases kon vlottrekken. Dijkstra: ‘Bij dit soort investeringen moet je altijd goed naar de strategische waarde kijken. We produceren er tenslotte geen druppel propyleen-oxide extra mee. De energiebesparing en daar aan gekoppelde milieuvoordelen gaven uiteindelijk de doorslag. Als we in staat waren ons proceswater zelf te verwerken tot biogas en stoom en ook nog minder zout op het oppervlaktewater hoefden te lozen, voelde dat gewoon goed. Natuurlijk beslisten we op meer dan een goed gevoel, maar de duurzame kansen waren zeker een reden voor de CEO en de aandeelhouders om door te zetten.’

Potentiële besparing

Dat wil overigens niet zeggen dat de weg ernaartoe eenvoudig was. Met name Covid zorgde voor extra hoofdbrekens omdat de nieuwbouw gewoon doorging tijdens de lockdown-periode.Dijkstra: ‘Dat betekende dat we 350 man moesten testen, zoveel mogelijk separeren en ervoor zorgen dat ze zich op de site netjes aan de Covid-maatregelen hielden. Zeker met medewerkers van buiten Nederland was het soms spannend of ze überhaupt aan het werk konden toen steeds meer grenzen sloten. Gelukkig konden we de besmettingen die er waren snel isoleren zodat we geen uitbraken hebben gehad.’

De weg naar de CSP fabriek was al tien jaar geleden ingezet. Maar in 2014 werden de plannen echt serieus. Na alle voorbereidingen, FEED-studies en engineering- en procurement-fases stak men in de herfst van 2018 de eerste schop in de grond. Dijkstra: ‘Het idee voor de huidige fabriek kwam van onze eigen experts. Ze combineerden een aantal bestaande technieken en berekenden de potentiële besparing die dat zou opleveren. Uitdaging daarbij was dat deze combinatie nog niet elders was toegepast en net als de meeste bedrijven gebruiken we liever proven technology. Toch besloten we met een groot aantal externe partijen in samenwerking met onze eigen experts de uitdaging aan te gaan.’

Circulair afvalwater

De site op de Maasvlakte produceert via een speciale technologie onder meer propyleen oxide en styreen monomeer (POSM). Het is in zijn soort een van de grootste fabrieken ter wereld. Uit het POSM-proces ontstaan twee soorten afvalstromen die voor de ingebruikname van CSP werden afgevoerd naar de thermische behandelinstallatie van AVR. De eerste afvalstroom is een mengsel van verschillende looghoudende waterige stromen. De tweede stroom betreft een tweetal brandbare afvalstromen afkomstig van de Maasvlakte en de Botlek-fabriek.

circular steam project

‘We gebruiken de komende periode om te leren, optimaliseren en waar nodig te verbeteren.’

Harm Dijkstra – plantmanager LyondellBasell

In de nieuwe situatie worden de waterige stromen gescheiden in een deel dat in de bio-plant wordt behandeld (ongeveer veertig procent) en een deel dat in de verbrandingsoven wordt behandeld (ongeveer zestig procent). Om dit mogelijk maken, bouwden Bilfinger en Veolia een anaerobe en aerobe biologische voorzuivering die aansluit op de bestaande biologische zuivering van LyondellBasell en Covestro. De bacteriën in de anaerobe bio-reactor produceren het biogas dat als brandstof dient voor de stoomproductie. Het water gaat daarna naar een moving bed reactor gevolgd door een dissolved air flotation stap. Een deel van het slib wordt afgevoerd en de rest wordt gerecycled. Daarna is het water schoon genoeg om naar de bestaande bioreactor te worden gestuurd.

De tweede stroom, zo’n zestig procent van de afvalstroom, bevat het caustische water en de brandbare afvalstoffen. Deze stroom gaat naar een innovatieve droge verbrandingsoven, die zowel het biogas als de brandstoffen in de tweede stroom gebruikt om stoom te produceren van tussen de 950 en 1050 graden Celsius. Doordat de temperatuur boven de negenhonderd graden Celsius blijft, smelten de zouten of blijven als kleine druppeltjes in de rookgassen aanwezig. Het gesmolten zout stroomt via de wand naar beneden en wordt opgevangen. Dit zout kan vervolgens, na behandeling, worden ingezet in bijvoorbeeld de glasindustrie of als stutmateriaal voor de mijnen.

Optimaliseren

Nu de fabriek in gebruik is genomen, komt hij langzaam maar zeker op stoom. ‘Een deel van de fabriek is gebaseerd op biologische processen’, zegt Dijkstra. ‘Die bacteriën hebben even de tijd nodig om op volle sterkte te kunnen produceren. Hij heeft natuurlijk nog geen 0,9 petajoule geproduceerd, maar tot nog toe draait alles in ieder geval naar verwachting. We gebruiken de komende periode dan ook om te leren, optimaliseren en waar nodig te verbeteren. We kunnen ook nu pas bijvoorbeeld de samples indienen van de zouten. Als die worden goedgekeurd, kunnen we echt bijdragen aan circulair glas.’

Uitdagend project

De bouw van de installaties was een uitdagende klus. De fabriek bleef tijdens de bouw namelijk gewoon doordraaien. Dijkstra: ‘We konden de tie-ins gelukkig uitvoeren tijdens de onderhoudsstop in 2019, maar dat betekende nog eens extra mensen op de site. Op het hoogtepunt liep hier dan ook driehonderd man rond, waarvan heel veel volledig nieuw waren. Om er zeker van te zijn dat de competenties van die onbekende groep overeenkwam met onze eisen, voerden we een zogenaamd on-boarding beleid in. Onze medewerkers komen uit heel Europa, dus hoe weten we de waarde van elk certificaat? Voor sommige taken willen we daarom dat de medewerkers via een praktijktest bewijzen dat ze ook echt kunnen wat er op hun certificaat staat.’

‘We zijn plannen aan het maken voor onze fabriek in de Botlek om reststoom te gebruiken van onze buren.’

Harm Dijkstra – plantmanager LyondellBasell

Hoewel tijdens de bouw zo’n zeventig mensen volcontinu aan de bouw van CSP werkten, blijven er straks nog maar elf over die de fabriek bedrijven. ‘Het mooie is dat die elf wel meeliepen met het project’, zegt Dijkstra. ‘We betrokken zowel de operators als maintenance en veiligheidskundigen die nu de fabriek draaien bij de verschillende bouwfasen. Zo is de boiler bijvoorbeeld al een aantal maanden online. Wat natuurlijk handig was om alvast de nodige testen uit te voeren. Bijkomend voordeel is dat het CSP-team nu al goed voorbereid is op de taken.’

Transitie

Het antwoord of de circulaire stoomfabriek kan worden gekopieerd naar andere sites durft Dijkstra nog niet te geven. ‘Maar er is zeker belangstelling van onze joint ventures elders op de wereld. LyondellBasell heeft zichzelf hoge CO2-reductiedoelen opgelegd. In 2030 moeten we dertig procent van de emissies uit onze fabrieken terugdringen om in 2050 op nul uit te komen. We moeten veel van dit soort technologie inzetten om die doelen te halen. We zijn nu al plannen aan het maken voor onze fabriek in de Botlek om reststoom te gaan gebruiken van onze buren.’

Tegelijkertijd moet twee miljoen ton van de feedstock uit gerecyclede of hernieuwbare bron komen. Dijkstra: ‘Waar mogelijk wil LyondellBasell mechanisch recyclen, terwijl we ook technieken evalueren voor pyrolyse van lastigere reststromen. Onze klanten vragen echt naar de ecologische voetafdruk van onze producten, terwijl ook onze aandeelhouders duurzaamheid hoog op de agenda zetten. Misschien nog wel het belangrijkste is dat ook onze directe omgeving en medewerkers van de toekomst eisen stellen op het gebied van verduurzaming. En dus moeten we het hele palet, van elektrificatie, waterstof en CCS meenemen in het traject. Het Circular Steam Project, met een jaarlijkse besparing van 140.000 ton CO2, is in ieder geval een mooi begin.’

Op het grensvlak tussen zoet en zout water zit een enorm energiepotentieel. Ionen uit het zoute water streven namelijk naar een hogere entropie, waardoor ze naar het zoete water trekken. Dit natuurkundig verschijnsel kan je gebruiken om stroom op te wekken, ook wel bekend als blue energy. Met een techniek die bekend staat als reverse elektrodialyse (RED) is het mogelijk om het energiepotentieel van de deelstromen te oogsten. REDstack ontwikkelde membranen die selectief positief of negatief geladen ionen doorlaten en bouwde hiervan een systeem dat inmiddels werkend te zien is op de Afsluitdijk.

Wereldwijd zijn er heel wat deltagebieden waar zoet water uit de rivieren de zoute zee instroomt. Bovendien lozen veel rioolwaterzuiveringen hun zoete water in zee. Dit zijn allemaal potentiële energiebronnen wat REDstack betreft. Directeur Pieter Hack rekende al uit dat wereldwijd één terawatt blue energy beschikbaar is. Men moet het alleen nog maar oogsten. ‘Theoretisch is het energiepotentieel van een vierkante meter membraan twee watt. Daarmee zou een kuub zoet water die de zee instroomt één megawatt per seconde kunnen opleveren’, zegt Hack. ‘Nu is het lastig om alle energie te winnen, maar een deel is al voldoende. Het grote voordeel van deze technologie vergeleken met bijvoorbeeld wind- en zonne-energie is dat het altijd beschikbaar is. Zolang het zoete water richting zee stroomt, ontstaat het potentiaalverschil en kunnen we produceren. Bovendien zou een installatie met een capaciteit van honderd megawatt op vrij korte termijn stroom kunnen leveren tegen een kostprijs van elf cent per kilowattuur. Door schaalvoordelen zou die prijs zelfs kunnen zakken naar de vijf cent, volgens gerenommeerde bureaus.’

Stacks

De ontwikkeling van de RED-technologie is al lang geleden begonnen. Een grote uitdaging was om de juiste membranen en stacks te ontwikkelen tegen zo laag mogelijke kosten. Hack: ‘De eerste testopstellingen haalden nog geen één procent van de theoretische opbrengst van blue energy. Het duurde dan ook lang voor we uiteindelijk de balans vonden tussen kosten en prestaties. Daarna moesten we nog de membranen in een stack plaatsen en voorzien van elektroden die het opgewekte potentiaal omzetten in elektrische stroom. Uiteindelijk konden we testen in 2014 en leek het of meneer Murphy ook zijn intrek had genomen op de Afsluitdijk. Zowat alles wat mis kon gaan, ging mis. We hadden op den duur zelfs te maken met drijfijs. Gelukkig leer je ook van tegenslagen en dus konden we verder bouwen aan een robuust systeem dat weinig onderhoud vergt. Het heeft immers nauwelijks draaiende delen.’

‘Waterschaarste wordt op den duur misschien nog wel een groter probleem dan energieschaarste.’

Pieter Hack directeur REDstack

Inmiddels zijn de meeste hobbels wel overwonnen en draait een pilotinstallatie op de Afsluitdijk. Maar Hack wil deze pilot graag opschalen naar een grotere capaciteit, op industrieel demonstratieniveau. Hack: ‘We hebben intussen belangrijke resultaten geboekt met de stack-technologie. We weten niet alleen hoe we de stacks moeten ontwerpen, maar ook hoe de processen daaromheen moeten worden ingericht. Je moet immers water innemen, voorfiltreren en in de stacks leiden. De volgende stap voor ons is om opschalingsprojecten op te starten zodat we de industriële werking van blue energy voor potentiële klanten kunnen aantonen. Dit is een zeer interessante technologie voor duurzame energieproducenten omdat het een vaste basislast levert.’

Ontzilting

Hack heeft echter nog meer ijzers in het vuur. Want met dezelfde membranen en stacks is ook elektrodialyse mogelijk. Een beproefde techniek om zout water te ontzilten. ‘Waterschaarste wordt op den duur misschien nog wel een groter probleem dan energieschaarste. De jarenlange ontwikkeling in de membranen en stacks leverde uiteindelijk een product op dat ook op ontziltingsgebied beter is dan die nu op de markt verkrijgbaar zijn. Op korte termijn levert deze markt ons dan ook meer op dan die van blue energy. We denken dat de impact van beide toepassingen groot kan zijn op de klimaatuitdagingen waar we voor staan. Om op grotere schaal te leveren, moeten we wel een membraanproductielijn inrichten. Ook voor de stacks geldt dat als we die op industriële schaal kunnen produceren, ze steeds goedkoper worden. En daarvoor hebben we vooral geld nodig.’

Met een bedrag van 17 miljoen euro kan REDstack de komende drie jaar zodanig opschalen dat het op eigen benen verder kan. Hack doet daarom mee aan de Dragons’ Den of Transition tijdens de afsluiting van de European Industry & Energy Summit 2021, 7 en 8 december in Rotterdam Ahoy. ‘We hebben al veel belangstelling, niet alleen uit enkele Europese landen, maar ook uit Colombia, Zuid-Afrika en Zuid-Korea. Bovendien ligt er al vijf miljoen euro subsidie op ons te wachten. Daar kunnen we echter pas gebruik van maken als we drie miljoen euro eigen geld kunnen investeren. Onze businesscase is voor een investeerder dan ook zeer aantrekkelijk met een volwassen technologie en een markt die liever vandaag dan morgen zowel de ontzilting als energieopwekkingsmogelijkheden wil inzetten.’

Reverse ElectroDialysis

Reverse ElectroDialysis (RED) oftewel omgekeerde elektrodialyse maakt gebruik van het feit dat zouten zijn opgebouwd uit positief en negatief geladen ionen. In zeewater zijn dat voornamelijk Na+ en Cl-. Bij RED worden twee type membranen gebruikt. Dit zijn membranen die uitsluitend positieve ionen doorlaten: Cation Exchange Membranes. En membranen die enkel negatieve ionen doorlaten: Anion Exchange Membranes.

Wanneer zout water tussen twee van zulke membranen doorstroomt, met aan de andere zijde van de membranen zoet water, dan zullen de ionen uit het zoute water naar het zoete water willen migreren. Met een CEM aan de ene zijde en een AEM aan de andere zijde, zullen de beide soorten ionen dus in tegenovergestelde richting migreren. Op die manier ontstaat een transport van positief geladen delen in de ene richting en negatief geladen delen in de andere richting. Zo ontstaat er dus een positieve en negatieve, ofwel een elektrochemische cel, een duurzame, volcontinue energie-generator.

Waterbedrijf Groningen en Evides Industriewater werken samen aan het plan om de regio Delfzijl te voorzien van industriewater. Ze willen hiervoor onder andere een industriewaterleiding aanleggen tussen Garmerwolde en Delfzijl.

Sinds enkele maanden heeft de Eemshaven de beschikking over industriewater op basis van oppervlaktewater. Een nieuwe industriewaterzuivering in Garmerwolde produceert het water, waarna dit via een aparte leiding wordt geleverd aan de industrie. Op die manier wordt er geen kostbaar drinkwater gebruikt voor industriële doeleinden.

De industrie in de regio Delfzijl is volop in ontwikkeling en kent, net als de Eemshaven, een stijgende watervraag voor de industrie. Dat er nu een soortgelijk plan ligt om ook het Oosterhorngebied in Delfzijl te voorzien van industriewater, is haast een logisch vervolg.

Demiwatervoorziening

Daarvoor is een industriewaterleiding nodig tussen Garmerwolde en Delfzijl. Door deze aan te sluiten op de industriewaterleiding Garmerwolde-Eemshaven wordt het mogelijk om industriewater vanuit de nieuwe industriewaterzuivering Garmerwolde te leveren aan de regio Delfzijl.

De partners, verenigd in dochter North Water, willen in het Oosterhorngebied ook een lokaal distributieleidingnet aanleggen. Daarnaast komt er een industriewaterpompstation en een demiwatervoorziening. Bovendien wordt de bestaande afvalwaterzuivering uitgebreid.

Het duurt nog wel even voordat de leiding daadwerkelijk in de grond ligt en de overige projectonderdelen op het haventerrein zijn gerealiseerd. De oplevering en ingebruikname is gepland voor eind 2023.

Samen met organisaties, bedrijven en mede-overheden hebben ministeries 37 voorstellen ingediend voor een administratieve en procedurele toetsing door de Toegangspoort van het Nationaal Groeifonds. Opvallend zijn dat er twee waterstofprojecten meedingen, maar ook een groeiplan watertechnologie.

Afgelopen voorjaar maakten de ministers van Economische Zaken en Klimaat (EZK) en Financiën bekend dat zij 646 miljoen euro investeren en 3,5 miljard euro reserveren voor tien projecten die moeten zorgen voor meer economische groei in Nederland.

Uit 244 ideeën, zijn nu 37 voorstellen geselecteerd. De volgende stap is dat de voorstellen worden voorgelegd aan de commissie. Naar verwachting wordt in januari bekend welke voorstellen hiervoor in aanmerking komen. De commissie licht deze selectie inhoudelijk door met behulp van experts. Per voorstel brengt de commissie advies uit aan het kabinet om wel of geen bijdrage te leveren. Het kabinet maakt naar verwachting in april 2022 bekend welke voorstellen een investering zullen ontvangen. Het parlement moet vervolgens nog goedkeuring verlenen voordat de bijdragen definitief worden toegekend.

Bij de voorstellen zitten ook voor de industrie interessante projecten. Zoals een voorstel voor een honder megawatt elektrolyzer, een offshore waterstofleiding, een groeiplan watertechnologie, duurzame materialen voor duurzame energie en circulaire plastics. En de verduurzaming van de luchtvaart zal gepaard gaan met de bouw van fabrieken voor synthetische vliegtuigbrandstof.

Groenvermogen II

Waterstof speelt een belangrijke rol in onze economie. Nederland is met 16,5 miljard m3 per jaar, de op één na grootste speler in Europa. Om die positie te behouden in een klimaatneutrale wereld moet groene waterstofproductie worden opgeschaald. Dit programma maakt dat mogelijk door een tender uit te schrijven voor elektrolysefaciliteiten van minimaal 100 MW. Enerzijds bieden deze elektrolysers direct groene waterstofproductie, maar ze zijn ook essentieel om te leren hoe de opschaling van waterstof naar de uiteindelijk benodigde 1000 MW schaal mogelijk is.

H2opZee

Voor de Nederlandse energietransitie is duurzame energie uit de Noordzee essentieel. Aanlanding en integratie van die energie is een belangrijke barrière voor het tijdig, betaalbaar en optimaal benutten van de Noordzee. Het ver weg op zee produceren van groene waterstof met additionele

windenergie en die aanlanden met een (bestaande) pijpleiding zal helpen de energietransitie te versnellen en kostenefficiënter te maken. Eén pijpleiding vervoert immers evenveel energie als 5-10 elektriciteitskabels, die in realisatie kostbaar en complex zijn.

Groeiplan Watertechnologie

Waterschaarste vormt wereldwijd een van de grootste bedreigingen voor de welvaart (World Economic Forum). Dit betekent een grote kans voor de op exportgerichte Nederlandse watertechnologiesector. Het Groeiplan Watertechnologie geeft een belangrijke impuls aan uitbreiding en export van de sector. Het plan zorgt er tevens voor dat in Nederland voldoende schoon water beschikbaar is, zowel voor drinkwater en natuur als voor de veel waterverbruikende (exporterende) land- en tuinbouw en industrie.

Duurzame materialen NL

Opschaling van duurzame materiaalinnovaties biedt oplossingen voor de energietransitie en duurzaamheidsvraagstukken en tegelijkertijd een enorme economische kans. Op weg naar een duurzame toekomst is er dringend behoefte aan innovatieve manieren om CO2-emissie en materiaalverspilling terug te dringen. Functionele, duurzame en circulaire materiaalinnovaties zijn hiervoor essentieel. Met dit Groeifondsvoorstel pakken meer dan 300 samenwerkende partijen drie belangrijke materiaalsectoren met grote economische en duurzaamheidspotentie aan: Energiematerialen, Constructieve materialen en Circulaire plastics. Het voorstel ontwikkelt 12 Demonstrators voor nieuwe technologieën waarmee duurzame materialeninnovaties van het lab naar de praktijk kunnen worden gebracht.

Luchtvaart in Transitie

De Nederlandse luchtvaartsector heeft de kans om als pionier in Europa te acteren in de transitie naar duurzame luchtvaart. Hiervoor ontwikkelt Luchtvaart in Transitie technologie, producten en kennis waarvoor sterk toenemende vraag uit de wereldmarkt bestaat. Dit programma lost deze knelpunten op door de luchtvaartsector te verenigen en bouwt hiervoor een open innovatie-infrastructuur door het realiseren van fabrieken voor synthetische vliegtuigbrandstof. Ook wil men duurzame ultra-efficiënte demonstratievliegtuigen ontwikkelen met doorbraaktechnologie voor waterstofaandrijving, materialen en systemen.

Bekijk hier alle projectvoorstellen

Watertechnoloog Niels Groot van Dow Terneuzen leidde een ISPT-project naar stoom en condensaatkwaliteit. Als de resultaten van het onderzoek naar filmvormende amines en condensaatbehandeling ook in de praktijk standhouden, kan dit tot forse waterbesparingen leiden.

Een groot deel van het industriële waterverbruik is gerelateerd aan de inzet van stoom. Verhitting van demiwater zorgt voor flexibele en veilige warmteoverdracht bij diverse chemische processen. Na de hitteoverdracht, condenseert het water waarna het wordt teruggeleid naar de stoomketel. Waar de cyclus weer begint. Helaas is deze cyclus eindig. Omdat er altijd wel verliezen zijn, dikt het water in en neemt de warmteoverdracht af. Maar ook vervuiling uit het stoomsysteem zelf vormt een probleem. Vandaar dat stoom-water systemen in de petrochemische industrie slechts veertig tot zestig procent van het condensaat kunnen hergebruiken. Met dat zogenaamde off spec-condensaat gaat niet alleen restwarmte verloren, maar ook kostbaar demiwater.

Om het stoom-watersysteem te beschermen, voegen bedrijven diverse chemicaliën toe die corrosie zoveel mogelijk moeten beperken. Aan de ene kant vermindert dit vervuiling van condensaat door corrosie tegen te gaan. Maar tegelijk kunnen bepaalde hulpstoffen zelf juist voor vervuiling zorgen via de afbraakproducten ervan.

Al enkele decennia maken alkaliserende en filmvormende amines een langzame opmars in het voorkomen van corrosie van stoom- en watersystemen. Dit zijn organische conditioneringsmiddelen, die de pH van het water verhogen en leidingen van een stoomsysteem met een afdichtende laag bedekken. Theoretisch zou behandeling met dit soort producten er toe moeten leiden dat bedrijven hun stoomsystemen beter kunnen bedrijven, met een lagere faalkans.

‘We maakten ons vooral zorgen om de afbraakproducten die zouden kunnen ontstaan.’

Niels Groot, waterspecialist Dow Terneuzen

Filmvormende amines

Dow en de bedrijven op het Chemelot-terrein zijn zeer geïnteresseerd in ontwikkelingen die hun bedrijfsvoering efficiënter en betrouwbaarder kunnen maken. Zij gaan daarbij echter niet over één nacht ijs. Het afbreukrisico is daarvoor eenvoudigweg te groot. Watertechnoloog Niels Groot van Dow Terneuzen leidde een ISPT-project naar stoom en condensaatkwaliteit, dat mede werd gefinancierd door de Topsector Energie. Samen met David Moed van Evides Industriewater en Peter Janssen van Sitech Services kijkt hij terug op een geslaagd onderzoek. ‘Hoewel er in andere toepassingen al goede resultaten zijn behaald met filmvormende amines, is er nog onvoldoende ervaring met onze productieomstandigheden’, zegt Groot. ‘We maakten ons vooral zorgen om de afbraakproducten die zouden kunnen ontstaan bij de hoge temperaturen en drukken waarop Dow, maar ook vele andere chemische bedrijven opereren.’

Chemelot gebruikt al jaren naar tevredenheid Film Forming Amines (FFA), dus hadden de onderzoekers de mogelijkheid praktijkonderzoek te doen. Tegelijkertijd wilde het onderzoekconsortium met de Universiteit van Gent, Evides Industriewater, Sitech Services, ISPT, KWR en Kurita Europe weten in hoeverre het mogelijk was het off spec-condensaat te polishen en her te gebruiken.

Om de kwaliteit van het ketelwater met de FFA te meten, trok het consortium alles uit de kast. Ze gebruikten een keur aan analytische technieken, zoals vloeistofchromatografie-hoge resolutie massa spectometrie, ionenchromatografie, gaschromatografie en massaspectometrie, high performance liquid chromatografie in combinatie met UV fluorescentie en een total organic carbon-bepaling. De combinatie van technieken is nooit eerder ingezet. Verschillende bemonsteringsrondes lieten zien dat er geen afbraakproducten werden gevormd die corrosie zouden kunnen veroorzaken. Daarmee staafden de onderzoekers de ervaringen van Chemelot met wetenschappelijk gevalideerde feiten.

Condensaatbehandeling

De industriewaterspecialisten wilden ook weten in hoeverre het mogelijk was de condensaatstromen te behandelen, zodat ze weer naar de ketel konden worden geleid. Dat zou wel eens goedkoper en milieuvriendelijker kunnen zijn dan steeds weer vers demiwater te voeden. Daarbij maakten ze wel onderscheid tussen licht en zwaar verontreinigde stromen. De lichtvervuilde stromen kwamen met name uit de ketels zelf, terwijl condensaat uit stoomkraakprocessen vaak zwaarder vervuild zijn met organische en anorganische deeltjes.

Voor de eerste stroom testten de onderzoekers van Universiteit Gent een tweetal technieken, met als referentietechniek de inzet van reeds beproefde mengbed Ionenwisselaars. De eerste techniek heet strong acid cation exchange. De installatie wisselt kationen zoals ammonium en natrium in het water om met protonen. Hierna ging het water ook nog eens langs de mengbed ionenwisselaar, waarbij men ook de toename in prestatie van het mengbed toetste.

De tweede techniek die werd getest was actief kool: een biologische koolstoffilter dat organische componenten afvangt. Na deze stap zuiverde een reverse osmosis membraan het water verder en kwam weer de mengbed ionenwisselaar in actie.

Grof gezegd kwam het eerste alternatief, strong acid exchange, als winnaar uit de bus. Hoewel het tweede wel tot een iets betere kwaliteit water leidde, wegen de extra kosten daar niet tegenop.

Hoge investering

Voor het zwaarder vervuilde water vergeleken de onderzoekers Direct Contact Membrane Distillation (DCMD) met biologische behandeling via een membraanbeluchte biofilmreactor (MABR). Ze testten op labschaal DCMD met twee verschillende membraantypen: een hydrofoob en een oleofoob polyethyleen membraan. De watertechnologen maakten zelf een organisch mengsel, dat ze vervolgens met de twee filters zuiverden. Het oleofobe membraan kon ruim 97 procent van de organische componenten verwijderen, terwijl het hydrofobe membraan doorslag vertoonde door wetting. Dit laatste verschijnsel is een bekend probleem van dit soort membranen. Doordat zich water ophoopt, vormt dit een geleider voor de vloeistofstroom die daardoor ongefilterd doorstroomt.

(c) Adobestock

Bij de MABR-route kon men tot 85 procent van de voornaamste verontreinigingen verwijderen. Maar dan was wel een verblijftijd nodig van acht uur per reactor. Aangezien de gewenste verblijftijd van 3,3 uur aanzienlijk korter is, namen ze deze tijd als referentie. En dan was nog maar zestig procent van de TOC verwijderd. Een nabehandeling met reverse osmose en membraandistillatie kon dit wel oplossen. De onderzoekers concludeerden dan ook dat MABR in vergelijking met een conventioneel biologisch actief slib-systeem weliswaar een wezenlijk kleinere fysieke voetafdruk en lagere operationele kosten heeft maar dat de investeringssom wel aanzienlijk hoger is. Daarmee levert het in deze casus nog niet direct een aantrekkelijke oplossing.

Corrosie

Als laatste onderzocht het consortium of de combinatie van bescherming met filmvormende amines en de afbraakproducten daarvan, nog steeds tot goede bescherming zou leiden. Corrosie kan funest zijn voor het volledige stoom-watersysteem. Uiteindelijk konden ze vaststellen dat alleen de vorming van azijnzuur een bedreiging kon vormen. De FFA-doseringen bleken ook gunstig uit te pakken, met inachtneming van potentieel corrosieve afbraakproducten. Uit de metingen bleek dat een beschermende magnetietlaag was gevormd met een hydrofoob oppervlak. De beschermlaag bleek steviger, gladder en meer uniform dan bij gebruik van louter ammoniakconditionering.

Waterbesparing

De onderzoekers hebben meer vertrouwen gekregen in de inzet van FFA’s in de petrochemie. Ook zeggen de consortiumpartners meer inzicht te hebben gekregen in het opwerken van retourcondensaatstromen. Waardoor ze condensaat-polishing efficiënter en kosteneffectiever kunnen ontwerpen.

Dow Benelux in Terneuzen stelde inmiddels samen met Evides Industriewater een opwerkingsfabriek in bedrijf, die is gebaseerd op de combinatie van strong acid cation exchange in combinatie met mengbed Ionenwisselaars. Dow overweegt ook het hergebruik van zwaar verontreinigd condensaat als proceswater. Men is er echter nog niet uit wat de beste techniek hiervoor is. De belofte is echter groot omdat dit jaarlijks ruim één miljoen kuub waterbesparing kan opleveren.

Het Hoogheemraadschap van Delfland is trots op de verduurzaming van afvalwaterzuiveringsinstallatie Houtrust. Sinds begin dit jaar levert de awzi al groen gas aan het gasnet en nu gaat ook nog de CO2 die in het proces ontstaat in vloeibare vorm naar de glastuinbouw.

Delfluent Services, een dochter van Evides Industriewater, beheert awzi Houtrust. Samen met het Hoogheemraadschap heeft het bedrijf de verduurzaming van de awzi gerealiseerd, onder andere door het vergistingsproces van het slib uit het rioolwater anders is te richten. Twee vergistingstanks zijn in serie geschakeld, waardoor de verblijfsduur van het slib is verlengd en de temperatuur verlaagd. In combinatie met een aantal warmtepompen bespaart dit een hoop energie. Bovendien wordt er op deze manier meer biogas geproduceerd, dat de awzi omzet in groen gas. Het gaat om ongeveer 1,9 miljoen kubieke meter per jaar. Daarnaast vangt de awzi CO2 af en levert dat in vloeibare vorm aan de glastuinbouw. Het gaat daarbij om meer dan 2.000 ton groene CO2.

Bron: H2O/Waternetwerk