water Archieven - Utilities

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.’

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.

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.

Een van de aanvoerleidingen naar chemiesite Chemelot in Geleen is door de recente wateroverlast beschadigd. Hierdoor is er tijdelijk minder aanvoer van grondstoffen naar Chemelot, waardoor niet alle fabrieken op volle sterkte kunnen opereren.

Bedrijven werken sinds de uitbedrijfname van de pijpleiding aan het herstel daarvan. De beschadiging heeft niet geleid tot bodem- of watervervuiling. De tijdelijk verminderde aanvoer van grondstoffen kan als gevolg hebben dat fabrieken of bepaalde fabrieksonderdelen vaker moeten stoppen en weer opstarten. Dit kan gepaard gaan met een bruine pluim of fakkel boven het Chemelot-terrein.

Tekort aan proces-/koelwater

De wateroverlast zorgde er ook voor dat voor het eerst het Platform Industriële Incidentbestrijding (PII) is ingezet. Limburg werd medio juli tot rampgebied verklaard. Chemiesite Chemelot in Geleen ligt net buiten het getroffen gebied en ondervond naast de beschadigde aanvoerleiding geen overlast van het wassende water. Tot op 16 juli de dijk van het Julianakanaal in Meerssen dreigde te bezwijken. Omringende dorpen en buurtschappen werden snel geëvacueerd. Chemelot zou bij een dijkdoorbraak niet onder water komen te staan, maar zou bij een te grote daling van het waterpeil in het Julianakanaal wel te maken krijgen met een tekort aan proces-/koelwater, want dit wordt betrokken uit het Julianakanaal. Met als gevolg tijdelijk afschakelen van fabrieken.

Water naar de site brengen

Vorig jaar is het Platform Industriële Incidentbestrijding (PII) opgericht, een samenwerkingsverband van de bedrijfsbrandweer van Dow Terneuzen, Shell Moerdijk, Gezamenlijke Brandweer Rotterdam en Sitech Geleen. Om toerbeurt staat bij elk lid een PII-coördinator paraat. De aanvrager signaleert een probleem, alarmeert via het PII-alarmnummer de dienstdoende PII-coördinator en overlegt hoe verder te handelen. In dit geval kwam het telefoontje van Sitech. Na overleg werd besloten alle leden van het PII te alarmeren. Het Actiecentrum Chemelot kwam met het idee om water naar de site brengen, en het PII bleek daarin een rol te kunnen spelen met het beschikbaar stellen van hun benodigde systemen.

Pompen

De bedrijfsbrandweer van Gezamenlijke Brandweer Rotterdam, Shell en Dow rukten met grootwater-transportsystemen en grootvermogen-bluswaterpompen op naar Chemelot. De Nationale Politie ondersteunde de verplaatsing van de eenheden. Het plan was om een slangenverbinding te leggen tussen de Maas bij de Urweg in Urmond en het waterinnamepunt van de Chemelot-site. Rond 20:30 uur waren alle eenheden aanwezig op de site. Ter plaatse voerden de liaisons samen met de Officier van Dienst Chemelot de verkenning uit betreffende opstelplaatsen voor pompen en slangenwegen.

Toen de slangen met een vrachtwagen op het traject werden uitgerold, kwam het signaal dat de noodreparatie aan de dijk in het Julianakanaal was gelukt en de geëvacueerde bewoners terug konden naar hun dorpen. Toen wist ook het actiecentrum van Chemelot dat het kanaal bruikbaar zou blijven voor de aanvoer van water.

Waterschap Vallei en Veluwe heeft SolarDew te gast op rioolwaterzuivering Apeldoorn. Het jonge bedrijf heeft een technologie ontwikkeld om drinkwater te produceren uit bijvoorbeeld zeewater of vervuild water. De startup test deze technologie een paar maanden op de rioolwaterzuivering Apeldoorn.

Het bedrijf heeft de technologie vooral ontwikkeld voor gebieden waar de zon overvloedig schijnt, maar waar weinig drinkwater te vinden is. Omdat het concept is simpel en robuust is, wordt het onderhoud tot een minimum beperkt. Het proces gebruikt de energie van de zon voor membraandestillatie. Het water verdampt, passeert het membraan en condenseert aan de andere kant. Het systeem is geschikt voor huishoudens (4 liter per dag), maar ook voor complete gemeenschappen (tot vijfduizend liter per dag). De kosten: 1 tot 2 cent per liter.

Google zet industrieel water uit oppervlaktewater in voor de koeling van de servers in haar datacenter in Eemshaven. Dit kan nu dankzij de aanleg van een nieuwe industriële waterzuivering en nieuwe transportleidingen door het Waterbedrijf Groningen en North Water in Garmerwolde. Google ondersteunt de aanleg met een investering van ruim 45 miljoen euro. Als volgende stap onderzoekt Google hoe ze afvalwater kan behandelen en gebruiken om het datacenter te koelen.

In het  datacenter in de Eemshaven gebruikt Google water om de temperatuur van de apparatuur en servers te regelen. Door deze innovatie gebruikt het datacenter veel minder energie. De watercapaciteit om warmte af te voeren is tot 24 keer hoger dan bij lucht, wat betekent dat er significant  minder energie wordt verbruikt.

Google gebruikt zowel gesloten als open systemen. In het gesloten systeem circuleert het water zo vaak mogelijk door leidingen met een continue stroom. Het open systeem maakt gebruik van koeltorens om de temperatuur van het gesloten systeem te verlagen. Door gebruik te maken van deze recirculerende koelsystemen kan het datacentrum het waterverbruik met meer dan de helft verminderen ten opzichte van de alternatieve methode van eenmalige koeling.

Nieuwe watervoorziening

De afgelopen vijf jaar werkte Googel samen met North Water en Waterbedrijf Groningen en investeerde meer dan 45 miljoen euro om de bouw van de nieuwe industriële watervoorziening te ondersteunen. Bij de aanleg van de nieuwe waterleiding voor industriewater heeft Waterbedrijf Groningen over grotendeels hetzelfde tracé ook een nieuwe drinkwaterleiding aangelegd.

Intussen denkt Google ook na over wat ze nog meer kan doen om zijn datacenter te verduurzamen. Daarom onderzoekt het bedrijf hoe het afvalwater kan behandelen en gebruiken om het datacenter te koelen.

 

Het Utilities platform van Industrielinqs heeft een nieuwe partner: Kiwa. Vanuit de gasindustrie heeft Kiwa Technology in de afgelopen decennia uitgebreide kennis en expertise opgebouwd die inmiddels inzetbaar is in de gehele energie- en watersector. Het bedrijf is daarmee een internationale dienstverlener en kennispartner in deze sectoren geworden.

De energievoorziening moet de komende jaren worden klaargestoomd voor nieuwe energiestromen, afkomstig uit duurzame bronnen en decentraal opgewekt in wisselende hoeveelheden. De leveringszekerheid van energie kan alleen worden gegarandeerd als de veiligheid en betrouwbaarheid van de opslag en distributie zijn gewaarborgd. Of het daarbij nou gaat om nieuwe vormen van energieopwekking met bijvoorbeeld waterstof, of de opslag van zonne- en windenergie.

Kiwa Technology is een belangrijke partner in deze transitie naar duurzame, flexibele energiesystemen en opslagmogelijkheden. Het bedrijf ondersteunt haar klanten met onderzoek, advies, engineering, certificering, training en productontwikkeling.

Bioraffinage is een redelijk nieuwe industrietak die de producten op moleculair niveau ontleedt. Biologische producten als aardappels, suikerbieten en algen zijn daarmee zowel voedingsmiddel als grondstof voor chemicaliën. Inmiddels kunnen selectieve membranen stoffen op moleculair niveau van elkaar scheiden. Daarmee ontstaat een alternatieve route voor functionele voeding én chemische grondstoffen.

Stel dat de procesindustrie nog niet bestond en bedrijven zouden nu hun sites moeten inrichten. Zouden ze dan nog steeds dezelfde keuzes maken als pakweg vijftig à zestig jaar geleden? Waarschijnlijk niet. De wereld is sinds die tijd namelijk behoorlijk veranderd. Want waar in de jaren zestig en zeventig energie en grondstoffen nog in overvloed waren, ondervinden we nu de gevolgen van dat energieverbruik. De toenemende wereldpopulatie zet bovendien extra druk op de beschikbaarheid van grondstoffen.

Als gevolg van die druk verschuift de focus van de voedingsmiddelenmarkt langzaam naar bioraffinage, met als achterliggend idee dat niets van de waarde van biologische grondstoffen verloren mag gaan. Wat mens en dier niet kunnen of willen consumeren, kan wellicht in andere vorm nog wel waardevol zijn. Het is de kunst om die stoffen zo te scheiden dat ze los van elkaar kunnen worden ingezet waar ze de meeste waarde hebben. Dat kan met membraantechnologie.

Grote kans dan ook dat membraantechnologie in de nieuwe keuzes een prominentere plek zou krijgen. De meeste processen zijn nu eenmaal scheidingsprocessen, vaak gedreven vanuit het verschil in kookpunt tussen verschillende fracties. Ook de voedingsmiddelenindustrie scheidt heel wat af in haar processen, bijvoorbeeld water uit grondstoffen als aardappels en melk.

Aardappeleiwit

Wafilin en Avebe zijn in februari van dit jaar verkozen tot Water Innovator of the Year met het Ducam-project. Avebe verwerkt namelijk al jarenlang aardappels tot zetmeel voor diverse toepassingen. Het na verwerking overgebleven vruchtwater bevat echter nog waardevolle eiwitten. Al eerder vond Avebe een waardevolle toepassing voor de eiwitten. Wie namelijk allergisch is voor kippeneiwit, kan de aardappeleiwitten wel verdragen. Ook voor veganisten biedt het aardappeleiwit dat Avebe onder de naam Solanic verkoopt een diervriendelijk alternatief. Voordat Wafilin ten tonele verscheen, won men de eiwitten uit het water door het te verhitten. Door de hitte vlokken de eiwitten uit en kan men ze afscheiden van het water. Het resterende water dampte men in om ook nog zouten terug te kunnen winnen. Dat verhitten en indampen kostte niet alleen veel energie, maar verspilde ook kostbaar water, dat als damp verdween.

Gezamenlijk besloten de partijen het aardappelvruchtwater eerst door een ultrafiltratie-unit te persen, zodat minder water hoefde te worden verwarmd voor het uitvlokken. De rest van het water ging nog door een reverse osmose-installatie, die de zouten van het water scheidden. Aan het einde heeft Avebe dus zowel eiwitten als zouten en schoon water. Dat water kan het bedrijf weer inzetten in zijn eigen productieprocessen.

membranen

De membraankeuze wordt veelal bepaald in pilots. Hier afgebeeld het Spiral Wound UF membraan.

Melkpoeder

Hoe eenvoudig de ingreep ook lijkt, eenvoudig was het niet. Het kostte Wafilin en Avebe de nodige jaren voordat ze de obstakels van de processen geslecht hadden. De zwevende deeltjes in het vruchtwater verstopten namelijk de membranen, waardoor deze steeds minder goed werkten. De enige oplossing is dan terugspoelen of chemisch reinigen van de membranen. Iets wat uiteraard weer negatief kan uitpakken voor de businesscase. Inmiddels hebben de innovators de juiste parameters gevonden en blijven ze nog steeds procesverbeteringen doorvoeren. De opgedane kennis maakt echter ook de weg vrij voor andere toepassingen. En dat is precies waar Jos van Dalfsen, R&D manager bij Wafilin, mee bezig is.

‘In de voedingsmiddelenindustrie is membraantechnologie niet nieuw’, zegt Van Dalfsen. ‘De melkindustrie gebruikt al jaren technieken als microfiltratie, ultrafiltratie, nanofiltratie en omgekeerde osmose om selectief eiwitten of lactose te kunnen scheiden uit melk. Daarmee is bijvoorbeeld het productieproces van de kaasverwerkers enorm geoptimaliseerd. Zo was wei, ofwel melkeiwit dat overblijft na de kaasproductie, een redelijk waardeloos restproduct. Nu wordt het eiwit uit deze reststroom grootschalig verwerkt in babyvoeding en voedingssupplementen. De meeste poeders worden nog steeds via sproeidrogen geproduceerd. Maar daarvóór haalt men er eerst zoveel mogelijk water uit met membranen.’

Eiwittransitie

Inmiddels ziet ook de suikerindustrie mogelijkheden voor verduurzaming van haar processen en verwaarding van haar reststromen. De groene bladeren van suikerbieten bevatten namelijk ook waardevolle plantaardige eiwitten. Royal Cosun investeerde al in een proeffabriek waar het zijn extractieproces op grotere schaal test. Net als de eiwitten van Avebe kan dit eiwit worden gebruikt in vleesvervangers, maar ook in schuimgebak, dranken, sauzen en desserts.

Van Dalfsen: ‘We zien aan de ene kant dat bedrijven hun reststromen willen verwaarden, maar aan de andere kant zijn er geheel nieuwe bedrijven die alternatieven aanbieden voor dierlijk vlees of fossiele brandstoffen. De kweek van insectenlarven is bijvoorbeeld een opkomend duurzaam alternatief voor diervoeding. Net als de meeste organismen bestaan deze larven grotendeels uit water. Wil je aan het einde een droge stof overhouden, dan moet je dat water afscheiden.’

Hetzelfde geldt voor de algenkweek voor consumptie, cosmetica of als chemische grondstof. ‘Als je het water op efficiënte en energiezuinige wijze kunt scheiden van de eiwitten en vetten, versterkt dat de businesscase voor dit soort alternatieve grondstoffen. We krijgen ook vragen van partijen die vetzuren, suikers of pectine uit groente- en fruitafval willen winnen. De pectines fungeren dan als grondstof voor 2,5-furaandicarbonzuur, waar bio-plastics van kunnen worden gemaakt. Door selectieve membranen te ontwikkelen, kan je de juiste stoffen afscheiden‘, legt Van Dalfsen uit.

‘Onze taak is om ervoor te zorgen dat deze processen niet alleen in een geconditioneerde omgeving werken, maar ook onder de wisselende samenstellingen die nu eenmaal gepaard gaan met biologische grondstoffen. Veel membranen zijn van het schap te koop, maar laten per toepassing wel verschillende eigenschappen zien. In die gevallen maakt de configuratie en procesbesturing het verschil. Er zijn namelijk heel wat parameters die het succes bepalen van een filtratie-installatie. Je kunt spelen met de druk, de flow en diverse voorbehandelingen toevoegen. Die proceskennis hebben we in dertig jaar opgebouwd en we leren nog steeds dagelijks bij.’

membranen

Keramische microfiltratie: Er zijn heel wat parameters die het succes bepalen van een filtratie-installatie.

Onderzoek

Hoe selectiever een membraan dus stoffen van elkaar kan scheiden, hoe waardevoller de producten die na de scheiding overblijven. Hoogleraar membraantechnologie Kitty Nijmeijer van de TU Eindhoven buigt zich met haar onderzoeksgroep over de eigenschappen van polymere membranen. ‘Je kunt moleculen op meerdere niveaus van elkaar scheiden’, zegt Nijmeijer. ‘Zo kun je met de poriegrootte bepalen welke moleculen worden doorgelaten en welke tegengehouden. Maar datzelfde kun je ook doen met ladingverschillen, ofwel positief en negatief geladen stoffen. En het is bijvoorbeeld ook mogelijk om de verschillen in hydrofobe en hydrofiele eigenschappen te benutten voor selectieve scheiding.’

Om die eigenschappen zo goed mogelijk te benutten, is nog wel veel fundamenteel en toegepast onderzoek nodig. ‘We hebben inmiddels stappen gezet met zogenaamde zelforganiserende materialen. In de huidige membranen zijn de poriën vaak niet even groot en ook niet gelijkmatig verdeeld over het oppervlak. Het is mogelijk zogenaamde isoporeuze materialen te maken waarvan alle poriën dezelfde diameter hebben. Dat vergroot de flux, maar ook de selectiviteit van de membranen. Op die manier hou je aan het einde zuiverdere stoffen over met een hogere marktwaarde.’

Mest

Nijmeijer ziet een grote rol voor membranen weggelegd in de circulaire economie. ‘Neem bijvoorbeeld de melkveehouderij. Een koe produceert zowel melk als mest. Bij de melkproductie ontstaan veel reststromen. De melk wordt verkocht, maar als je de eiwitten, vitamines en aminozuren uit die reststromen selectief kunt scheiden, neemt de waarde enorm toe. De eiwitten en vitaminen kunnen we verwerken in functionele voedingsmiddelen terwijl de aminozuren de basis kunnen vormen voor plastics. Het is overigens niet eenvoudig om dat te doen, maar er is wel steeds meer mogelijk op dit vlak.’

De mest van koeien en met name van varkens kan deels worden gebruikt voor lokale bemesting, maar is nu nog grotendeels een weinig bruikbare afvalstof. ‘Maar met een combinatie van membranen en andere scheidingstechnologie kun je de ammoniak-, kalium- en fosfaatfracties selectief scheiden. Die stoffen zijn weer bruikbaar voor duurzame en precisielandbouw. Tegelijkertijd houd je na afloop van je scheidingsprocessen ook nog schoon water over, dat ook weer kan worden gebruikt voor bijvoorbeeld irrigatie.’

Sachem stopt met het onttrekken van vervuild grondwater. Volgens het bedrijf en de Provincie Gelderland is de grondwatersanering op het terrein in Zaltbommel niet meer nodig. Het bedrijf zou volgens de rechter het water oneigenlijk gebruiken als koelwater.

De grond en het grondwater op de locatie van Sachem zijn begin jaren zeventig als gevolg van het productieproces en een brand verontreinigd geraakt met benzeen. Het bedrijfsterrein wordt al een aantal jaren gesaneerd door onder andere grondwater te onttrekken. Sachem heeft een vergunning van de Provincie Gelderland voor grondwateronttrekking voor sanering ter plaatse van het bedrijfsterrein. Volgens deze vergunning zou de onttrekking worden afgebouwd en gestopt in 2023.

Boete

De provincie Gelderland waarschuwde Sachem twee jaar geleden dat het moest stoppen met het oppompen van grondwater. Sachem gebruikte het grondwater namelijk al lang niet meer voor het saneren van de bodem, maar voor industriële koeling. Wat in strijd was met de regels, zo oordeelde ook de rechter.

Afgelopen jaren verminderde Sachem de hoeveelheid opgepompt grondwater al stevig. Het bedrijf stopte echter medio februari volledig omdat deze volgens eigen analyse niet meer noodzakelijk was voor de verdere grond- en grondwater sanering. De Provincie Gelderland is dezelfde mening toegedaan en wilde dat de onttrekking vóór 1 april werd gestopt.

Mechanisch koelen

De installaties worden nu gekoeld met koeltorens en mechanische koeling. De koelinstallaties, waar een flinke investering voor nodig was, zijn in februari in gebruik genomen.

Wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen en NHL Stenden Hogeschool ontwikkelden een polymeermembraan uit biobased appelzuur. Het superamfibisch vitrimere epoxyhars membraan scheidt water en olie en is volledig recyclebaar. Wanneer de poriën verstopt zijn door verontreinigingen, kan het worden gedepolymeriseerd, gereinigd en vervolgens tot een nieuw membraan worden geperst.

Superamfibische membranen, die zowel van olie als van water houden, zijn een veelbelovende oplossing voor het opruimen van olievlekken op water. Helaas zijn deze membranen  vaak niet robuust genoeg voor gebruik buiten de laboratoriumomgeving. Bovendien kunnen de membraanporiën dichtslibben door aangroei van algen en zand. Chongnan Ye en Katja Loos van de Rijksuniversiteit Groningen en Vincent Voet en Rudy Folkersma van NHL Stenden gebruikten een relatief nieuw type polymeer om een membraan te maken dat zowel sterk als gemakkelijk te recyclen is.

De wetenschappers maken het nieuwe vitrimeer membraan door polymeren uit het natuurlijke monomeer appelzuur te persen en sinteren. Dit membraan kan worden gerecycled door het te malen en vervolgens te persen en te sinteren.

Dynamisch netwerk

Vitrimeerplastics zijn polymeren met de mechanische eigenschappen en chemische resistentie van een thermohardende kunststof. Vitrimeer-kunststoffen kunnen zich echter ook gedragen als een thermoplast, omdat ze kunnen worden gedepolymeriseerd en hergebruikt. Dit betekent dat een vitrimeer kunststof alle kwaliteiten bezit om een goed membraan te vormen voor de sanering van olielekken.

De polymeren in het vitrimeer zijn op een omkeerbare manier verknoopt’, legt Voet uit. Ze vormen een dynamisch netwerk, dat recycling van het membraan mogelijk maakt.’ De wetenschappers produceren het vitrimeer via basegekatalyseerde ringopeningspolymerisatie tussen appelzuur en epoxy-gemodificeerd appelzuur.

Poriën

Zowel water als olie verspreiden zich over het resulterende superamfibisch membraan. Bij een olieramp is veel meer water aanwezig dan olie. Het overvloedig aanwezige water bedekt het membraan en passeert  vervolgens door de poriën. Voet: ‘De waterfilm aan het oppervlak van het membraan houdt de olie uit de poriën en scheidt deze van het water.’

Het membraan is stevig genoeg om olie uit het water te filteren. Als zand en algen de poriën verstoppen, kan het membraan na verwijdering van de verontreinigingen worden gedepolymeriseerd. Daarna kan men van de bouwstenen een nieuw membraan maken. ‘We testten dit op laboratoriumschaal van enkele vierkante centimeters’, zegt Loos. ‘En we zijn ervan overtuigd dat onze methoden schaalbaar zijn. Zowel voor de polymeer-synthese als voor de productie en recycling van het membraan.’ De wetenschappers hopen dat een industriële partner de verdere ontwikkeling op zich zal nemen.

Toepassingen

Het maken van dit nieuwe membraan voor olielekkagesanering toont de kracht van samenwerking tussen een onderzoeksuniversiteit en een toegepaste universiteit. Loos: ‘Een tijdje geleden besloten we dat de polymeergroepen van de twee instituten één moesten worden. Door studenten, staf en faciliteiten te delen. We startten onlangs de eerste hybride onderzoeksgroep in Nederland. Dat maakt het makkelijker om toepassingen te vinden voor nieuw ontworpen materialen. Voet: ‘Polymeerchemici streven ernaar moleculaire structuren te koppelen aan materiaaleigenschappen en toepassingen. Ons hybride onderzoeksteam heeft de ervaring om precies dat te doen.’