Terwijl de bevolkingsontwikkeling in Europa stagneert, groeien steden nog steeds. Ze bieden immers een hoog voorzieningenniveau en de economische activiteiten concentreren zich daar steeds meer. Waar veel van deze activiteiten in het verleden aan een plek gebonden waren door lokale beschikbaarheid van grondstoffen of verkeersvoorzieningen, is dat tegenwoordig niet meer het geval. Nabijheid van relevante kennis en contacten, en een aantrekkelijk klimaat voor het personeel spelen daardoor meestal de hoofdrol bij locatiekeuzes. Steden consumeren meer energie en grondstoffen dan het platteland. Dat is merkwaardig, want door de kortere afstanden zouden allerlei voorzieningen in de stad juist efficiënter tot stand kunnen worden gebracht.Steden hebben ook stevige ambities m.b.t. klimaat en grondstoffenkringloop. Duurzame energie en recycling zijn daarvoor belangrijke middelen, maar ook het optimaal gebruik maken van mogelijkheden tot symbiose van infrastructuren mag hierin niet worden onderschat. Dit laatste is echter vaak ingewikkeld: technieken zijn niet op elkaar afgestemd, en organisaties die infrastructuren beheren, stellen hun eigen autonomie erg op prijs. Ook de politiek werkt niet altijd mee: met innovaties in de stedelijke infrastructuur kan veel mis gaan, en als dat gebeurt, heeft een verantwoordelijk wethouder erg veel uit te leggen. En wat valt er te winnen? Geld in de grond leidt tot weinig zichtbaarheid. Blame avoidance is dus een belangrijke hindernis. Toch moet er iets gebeuren: klimaatproblematiek en schaarste van grondstoffen dreigen. Groene innovatie die infra-systemen bij elkaar brengt, vraagt om gezamenlijk nadenken en constructief vormgeven aan de toekomst van de stad. Scenario’s kunnen helpen om deze creativiteit los te maken en grotere groepen van de bevolking te engageren. Het lectoraat Stedelijk Metabolisme ontwikkelt strategieën waardoor slimme oplossingen mogelijk worden voor een efficiëntere stad. Het richt zich vooral op toekomstbestendige infrastructuur: wegen, kabels, buizen, kanalen, railverbindingen en de systemen waar zij deel van uit maken.
DOCUMENT
Drinkwater, daar moeten we zuinig op zijn. Zo zuinig, dat we het niet altijd meer kunnen gebruiken voor industriële processen. In Groningen onderzoeken vier waterketenpartners nu een alternatief: rioolwater zuiveren tot proceswater voor de industrie. Zij worden hierbij ondersteund door twee hogescholen. Peter van der Maas, lector Duurzame Watersystemen aan hogeschool Van Hall Larenstein, is namens één van deze scholen betrokken bij het onderzoek.
MULTIFILE
Nederlandse waterschappen streven naar een efficiëntere rioolwaterzuivering: betere effluentkwaliteit met mogelijkheden tot (direct) waterhergebruik, en terugwinning van energie en grondstoffen. Verbeteringen aan het huidige zuiveringssysteem zijn mogelijk, maar zijn complex. Hierbij wordt het streven tot verduurzaming niet bereikt. Het huidige concept moet daarom volledig worden herontworpen.
MULTIFILE
Fosfaat is een belangrijke grondstof voor de landbouw en voor toepassingen in gezondheid en verzorging. Aangezien de natuurlijke fosfaatvoorraden eindig zijn, wordt terugwinning van fosfaat steeds belangrijker. In Nederland eindigt meer dan 20% van het Nederlands verbruik van fosfaat in het slib van rioolwaterzuiveringen, wat wordt verbrand in slibverbrandingsinstallaties. Na verbranding zit het fosfaat opgesloten in het slibas. SusPhos B.V. bestaat sinds 2019 en stelt zich ten doel fosfaat terug te winnen uit afvalstromen en beschikbaar te maken voor nuttig hergebruik, kortom om de fosfaatkringloop te sluiten. Slibas is voor SusPhos de belangrijkste afvalstroom. Het bedrijf heeft een uniek proces ontwikkeld, waarbij het fosfaat wordt ontsloten door reactie met een sterk zuur en het hierbij gevormde fosforzuur door middel van extractie met een oplosmiddel wordt gescheiden en vervolgens verder wordt opgewerkt. Na opwerking van het fosfaat naar een herbruikbaar product, wordt het oplosmiddel opnieuw gebruikt voor extractie. Idealiter is het hergebruik van het oplosmiddel in het proces oneindig. Bij de herwinning van fosfaat uit slibas is stabiliteit van het oplosmiddel van cruciaal belang. De uitdaging in dit project is om het proces met labschaal experimenten te simuleren en de organische samenstelling in een complexe matrix te volgen door middel van NMR spectroscopie. Gebaseerd op deze deze NMR bepalingen zal een model ontwikkeld worden, waarmee een inschatting gemaakt kan worden van de ontwikkeling van de samenstelling van het oplosmiddel in een toekomstige installatie en daarmee van het verbruik van het oplosmiddel. SusPhos zal de kennis uit dit project gebruiken om haar positie in de markt verder te versterken, waarbij een eerste stap is om het proces op te schalen naar een eerste prototype om de werking op grote schaal te bewijzen.
Het HyWater project onderzoekt de invloed van de samenstelling van duurzaam water op de prestatie van elektrolyse voor de productie van waterstof. Het betreft regenwater, brandstofcelcondensaat en MD destillaat van rioolwaterzuiverings-effluent; als zodanig en na een mogelijke extra zuiveringsstap. De huidige praktijk, ultrapuur water gemaakt van drinkwater, is de benchmark. Deze duurzame waterstromen hebben gezien hun (bijna) ultrapuur karakter het potentieel om ultrapuur water uit drinkwater te vervangen bij de productie van waterstof. Zij besparen 10-15 miljoen m³ per jaar drinkwater in Nederland. Dit heeft een waarde van 50-75 miljoen euro per jaar en bespaart 15-25 TWh per jaar aan elektriciteit voor drinkwaterproductie. In het HyWater project worden de waterstromen geanalyseerd op geleidbaarheid, anorganische en organische verbindingen. Vervolgens worden zij in een laboratoriumopstelling met kleine elektrolysers omgezet in waterstof en zuurstof in duurtesten. De efficiëntie van de elektrolyser wordt gevolgd aan de hand van de benodigde potentiaal om te kijken of er sprake is van degradatie. Daarnaast wordt de elektroliet in de elektrolyser aan het einde van elke test geanalyseerd om te kijken of er ophoping is van organische en anorganische onzuiverheden. Aan de hand hiervan wordt beoordeeld of een waterstroom als zodanig geschikt is voor elektrolyse, of dat er een extra behandeling nodig is. De opgedane inzichten zullen vervolgens gebruikt worden voor het maken van een processchema voor een pilotproject.
Schoon water is essentieel voor de productie van waterstof (H2) terwijl in deze productie ook veel restwarmte vrijkomt. Hier liggen grote kansen voor circulariteit. Het project 'Membraandestillatie voor en uit H2' onderzoekt de hoeveelheid en kwaliteit van water dat membraandestillatie (MD) kan produceren. Dit gebeurt met restwarmte van elektrolyse voor waterstofproductie en brandstofcellen voor elektriciteitsproductie uit waterstof, met verschillende waterbronnen. Het huidige energetisch conversierendement van elektrolyse en brandstofcellen is ongeveer 70%, terwijl de restenergie als warmte vrijkomt bij 60-70°C. MD kan juist op dit temperatuurniveau efficiënt grote hoeveelheden proceswater produceren, tot tien keer meer dan nodig voor de elektrolyse. Bij de verwachte 10 GW elektrolysecapaciteit die in Nederland nodig zal zijn, kan MD jaarlijks ten minste 100 miljoen m³ proceswater opleveren. Dit vertegenwoordigt meer dan 30% van het huidige industriële drinkwaterverbruik. In dit project wordt met een laboratorium-MD-cel aangetoond dat MD efficiënt proceswater kan produceren uit alternatieve waterbronnen zoals regenwater, secundair effluent van rioolwaterzuiveringsinstallaties en circulair water uit brandstofcellen. Het verwijderingsrendement van MD voor zouten en organische verontreinigingen wordt bepaald via chemische analyses. De kwaliteit van het geproduceerde water wordt vergeleken met de gewenste proceswaterkwaliteit en de vereiste waterkwaliteit voor elektrolyse. Waar nodig wordt verdere opwerking getest om aan deze eisen te voldoen. Vervolgens wordt berekend hoeveel proceswater per waterbron kan worden geproduceerd en met welk energetisch rendement, inclusief een kostenschatting.
