Ontzoutingstechniek vist nutriënten steeds efficiënter uit (afval)water

Met de relatief nieuwe ontzoutingstechniek capacitieve deïonisatie (CDI) lukt het steeds beter om nutriënten als fosfor, stikstof, kalium en ook lithium heel gericht uit afvalwater te vissen. Dat maakt hergebruik mogelijk, stellen onderzoekers van onder andere de Wageningen Universiteit en Wetsus.

Louis de SmetImmers, hergebruik is vaak alleen mogelijk als je een ion in zuivere vorm in handen krijgt, verklaart universitair hoofddocent Louis de Smet van Wageningen University & Research. "Nu moeten we de techniek nog verder optimaliseren."

Samen met collega’s van het Leeuwarder onderzoeksinstituut Wetsus, Seoul National University (Zuid-Korea), Yale University (Verenigde Staten), Technion (Israël) en Tsinghua University (China) werkt De Smet aan een onderzoek hiernaar. In het tijdschrift Energy & Environmental Science publiceerde het team deze week een overzicht van het werk dat tot nu toe gedaan is, aangevuld met nieuwe rekenmodellen voor het scheiden van zouten met CDI.

Tot nu toe ging de aandacht vooral naar het ontzouten van brak water, aldus De Smet. Maar als dat het voornaamste doel is, zijn andere technieken volgens hem geschikter, zeker bij hoge zoutconcentraties. "CDI legt het dan af qua kosten. Maar als er voldoende hoogwaardige materialen worden teruggewonnen, wordt het interessanter. Daarom is ons onderzoek ook gericht op het scheiden van verschillende soorten zouten uit brak water."

Tuinbouw
Het gaat er dan om stoffen selectief te verwijderen en andere te laten zitten, bijvoorbeeld bij het recyclen van irrigatiewater in de tuinbouw, legt de onderzoeker uit. Zo wordt het nutrient kalium wel door planten opgenomen, maar bijvoorbeeld natrium niet. Bij het herhaaldelijk recyclen van water moet natrium er dus uitgehaald worden, terwijl kalium dient te blijven zitten.

Waar CDI meestal gebruikmaakt van elektroden die gemaakt zijn met actief kool, worden ook steeds vaker membranen (een soort filters) en andere elektrodematerialen ingezet. Daarbij maken de onderzoekers dankbaar gebruik van de kennis die de laatste jaren is ontwikkeld over de werking van batterijen, bijvoorbeeld voor elektrische auto’s.

De Smet: "Zie CDI als een soort omgekeerde batterij, waarbij geladen deeltjes gecontroleerd kunnen pendelen tussen de CDI-elektrodes en de omgeving, in dit geval het water."

Lithium
Het gebruik van membranen en van deze alternatieve elektrodematerialen biedt veel potentie voor een grotere selectiviteit, stelt De Smet. Maar dan nog blijft het volgens hem "een grote uitdaging" om honderd procent selectiviteit te behalen. "Als je één type ion onttrekt aan water, neemt de concentratie af en wordt de concurrentie van andere ionen vanzelf groter. DIt maakt de snelheid van een scheiding met CDI een belangrijke parameter."

De onderzoekers verwachten een toenemende groei aan nieuwe elektrodes en membranen en daarmee meer mogelijkheden om de selectiviteit van CDI te verbeteren.

Dat is volgens De Smet hard nodig, omdat nutriënten als fosfor eindig zijn en hergebruik dus wenselijk is. "Een ander mooi voorbeeld is lithium, dat onder andere in zeewater zit, maar in een heel lage concentratie. Er is dus heel wat zeewater nodig voordat we één batterij kunnen maken. Ook daar is nog wel een slag te slaan."

MEER INFORMATIE
Artikel in Energy & Environmental Science