Onderzoekers aan de Technische Universiteit Delft hebben een nieuwe fysisch-chemische methode ontwikkeld om ammoniak uit concentraatstromen om te zetten in elektrische stroom, hoogwaardige warmte, stikstofgas en water. Dit levert grote voordelen op voor toepassing binnen de rioolwaterzuivering: het energieverbruik om stikstof te verwijderen wordt drastisch verlaagd en het sterke broeikasgas distikstofoxide (N2O) komt niet vrij. Waterschappen en bedrijven tonen interesse om projecten uit te voeren.

Het hergebruiken en/of benutten van de energiewaarde van ammonium. Daar draait het bij het nieuwe systeem om, vertelt Jules van Lier, hoogleraar Wastewater Treatment / Environmental Engineering aan de TU Delft.

Jules van LierJules van Lier

“Het ammonium in geconcentreerde afvalwaterstromen, zoals slib rejectiewater, wordt met behulp van een slim bedreven elektrodialyse (ED) en een na-geschakelde bipolaire membraan (BPM) ED opgewerkt naar een mooie ammoniakstroom. Deze stroom kan voor meerdere doelen worden gebruikt. Denk hierbij aan de productie van meststoffen of bulkchemicaliën of inderdaad als energiebron om er elektrische stroom uit te maken. De vinding is voor de waterschappen interessant voor toepassing in de grondstoffabriek en in nieuwe sanitatieconcepten.”

Ammonium als brandstof
Ammonium is het geconjugeerde zuur van ammoniak. Ammonium komt vrij bij de hydrolyse van ureum in urine van mensen en dieren en is reeds meer dan honderd jaar het belangrijkste bestanddeel van kunstmest. “Wij zien deze vorm van stikstof niet als een probleemstof maar als een brandstof”, zegt Henri Spanjers, projectleider van het N2kWh project dat vier jaar geleden samen met de KU Leuven is opgezet. “De energiewaarde van ammonium is 21 MJ per kilogram N. Om deze energiewaarde eruit te halen, hebben we een brandstofcel nodig van het type ‘solid oxide fuel cell’ (SOFC).”

Henri SpanjersHenri Spanjers

In feite bevat deze brandstofcel een ingebouwde reformer, die bij hoge temperatuur (650 tot 700 graden) ammoniak ontleedt in stikstofgas en waterstof en vervolgens de waterstof oxideert. “De reactie is exotherm dus die houdt zichzelf wel aan de praat”, aldus Spanjers. “Ongeveer 55 procent van de energie-inhoud wordt omgezet in elektriciteit en 40 procent in hoogwaardige warmte van 650 tot 700 graden Celsius. Om het opgeloste ammonium te kunnen gebruiken als brandstof, dient dit eerst te worden geconcentreerd en vervolgens te worden omgezet in ammoniakgas. Het opwerkingsprocedé om te komen tot zo’n schone brandstof hebben we inmiddels gepatenteerd. De elektrische conversiewaarden in een SOFC zijn hoog. Daarom kan het toepassen van biogas in een SOFC ook mogelijk interessant zijn.”

Terugwinnen van grondstoffen
De in de SOFC (terug)gewonnen energie wordt gebruikt om ammonium te concentreren en in de gasfase te brengen. Dat gebeurt met een combinatie van elektrodialyse en bipolaire membraanelektrodialyse, gevolgd door vacuümmembraanstripping. Spanjers: “Hiermee maak je ammoniakwater en carbonzuur of CO2. Deze producten kun je weer inzetten als grondstoffen. Indien de energieproductie niet van belang is, kun je ammoniakwater – een mengsel van NH3 en H2O – direct afzetten op de markt. Dit product heeft een grotere commerciële waarde dan ammoniumsulfaat.”

Een groot voordeel is volgens Van Lier dat er geen broeikasgassen vrijkomen. “Bij een biologische verwijderingsmethode zoals nitrificatie/denitrificatie of autotrofe denitrificatie (Anammox), of mengvormen van deze processen wordt N2O (distikstofoxide of in gewone taal lachgas, red.) uitgestoten. Dit broeikasgas is zo’n driehonderd keer sterker dan CO2. Bij verbranding in een brandstofcel gebeurt dat niet.” Een ander pluspunt is dat het om een aan-uitsysteem gaat. “Je bent niet afhankelijk van biologische processen, die soms een terugval kunnen hebben.”

Opschaling bij waterschappen
Niels van Linden heeft als promovendus aan de TU Delft de nieuwe methode in de afgelopen vier jaar uitvoerig onderzocht. De TU Delft is nu bezig met opschaling en zoekt de samenwerking met waterschappen. STOWA heeft al interesse getoond. Het kenniscentrum is bereid tot co-financiering, als het proces op pilotschaal wordt uitgetest.

“Waternet en Waterschapsbedrijf Limburg zien de potentiële voordelen van deze nieuwe methoden”, vertelt Van Lier. “Naast efficiënte behandeling van slibrejectiewater in conventionele zuiveringen kan dit wel eens een grote sprong voorwaarts betekenen voor decentrale sanitatieprojecten”. Van Lier licht toe: “In de nieuwe Amsterdamse stadswijk Strandeiland zal zwart water (toiletwater, red.) en grijs water (het overige water uit woningen en andere gebouwen, red.) gescheiden worden afgevoerd. Het zwarte water gaat naar een decentrale waterzuiveringsinstallatie. Met onze vinding kan nu veel efficiënter stikstof worden verwijderd en teruggewonnen als grond- of brandstof.”

Ook projecten in bedrijfsleven
De TU Delft is ook met een aantal bedrijven in gesprek over de toepassing van de nieuwe methode. Inmiddels is in samenwerking met Nijhuis Industries een nieuw project van start gegaan. Spanjers: “In dit project wordt met ons systeem aan de ene kant ammoniak en aan de andere kant zwavelzuur teruggewonnen. Het zwavelzuur kan Nijhuis weer gebruiken in de gaswasser.”

Verder is er veel aandacht voor het ammoniakoverschot in drijfmest, besluit Spanjers. “Testen uitgevoerd in samenwerking met Lenntech, de huidige werkgever van Niels van Linden, laten zien dat we 80 tot 85 procent van de ammoniak uit de mest kunnen verwijderen. Hoe vies het mestwater ook is, onze uitvinding trekt ammonium er gewoon uit.”

 

MEER INFORMATIE
Toelichting op gepatenteerde uitvinding
Interview met Niels van Linden

Voor het reageren op onze artikelen hebben we enkele richtlijnen. Klik hier om deze te bekijken.

Het kan soms even duren voor je reactie online komt. We controleren ze namelijk eerst even.

Typ uw reactie hier...
Cancel
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Interessant artikel? Laat uw reactie achter.

(advertentie)

Laatste reacties op onze artikelen

Hoeveel energie kost dit?
Dag Pieter, Als eerste is natuurlijk belangrijk dat de kappers dit niet op een sloot of ander oppervlaktewater lozen. Het zal niet vaak gebeuren, maar wellicht dat er thuiskappers zijn zonder aansluiting op het gemeentelijk riool? Ammonium is erg vervelend voor alles wat er in het oppervlaktewater leeft, het is acuut toxisch. Zeker als dit bij het wassen van haar samen met shampoo geloosd wordt dan is dat niet ok. Als het via een septic tank geloosd wordt dan lijkt me dat ook niet een goed idee.
Bij lozing op het gemeentelijk riool wordt het afgevoerd naar de riiolwaterzuivering. Deze is prima in staat om ammonium biologisch om te zetten. Eerst naar het veel minder toxische nitraat en vervolgens naar onschadelijk stikstofgas.
Ik zou niet aanraden om overtollige voorraad door het riool te spoelen, maar bij normaal gebruik van in Europa goedgekeurde middelen dan is lozing op het gemeentelijk riool de meest logische route.
Misschien een (domme) vraag, maar kappers lozen ook ammoniak in het rioolwater met het permanent vloeistof met als ingrediënten: aqua ~ ammonium thioglycolate ~ cyclomethicone ~ ammonium bicarbonate ~ urea ~ ammonium hydroxide ~ amodimethicone ~ ethylhexanediol ~ etidronic acid ~ potas sium cocoyl hydrolyzed collagen ~ polyquatern ium-6 ~ parfum ~ CI 61565 ~ CI 12700) en een fixeer proces met als ingrediënten( aqua ~ hydrogen peroxide ~ cocamine oxide ~ phosphoric acid ~ polyquaternium-6 ~ cetrimonium chloride ~ methylparaben ~parfum.
Heeft dit ook nog invloed op de ammoniumnorm?
Pieter Patje
Adviesgroep Duurzame Kappers
Wat is het risico voor Nederland tgv de waterwinning?
Ik ben bang voor dijkinstabiliteit en gevaarlijke grond zakkingen net als de aardbevingen in Groningen.
Erik
We profileren ons wereldwijd als waterland, hebben de grootste rivieren van Europa door ons land lopen, we zitten vol met de meest innovatieve watertechnologie leveranciers van de wereld en staan aan alle kanten (tot boven ons hoofd) in het water. Dat wij als een van de modernste en rijkste landen in de wereld nog dit soort berichten nodig hebben om de maatschappij wakker te schudden is schrijnend.
Er is geen enkel gebrek aan water in Nederland, noch aan technologie en bedrijven (waarvan Twente een aantal van de beste heeft) om dit zelf gecreëerde probleem op te lossen. Het enige dat ontbreekt is (politieke) daadkracht en visie om duurzame waterkringlopen te maken, nieuwe bronnen te vinden, te hergebruiken en valoriseren, met innovatieve en klassieke technologieën en eigen bedrijven. Maar als het allemaal, ook lekker Nederlands, niets mag kostten, dan is dit het zoveelste onderwerp waar we als braafste jongetje voorin de klas zitten, maar eigenlijk alleen maar dikke onvoldoendes halen.
Ik zie deze berichten al jarenlang elke nieuwe lente/zomer in alle (vak)bladen staan; het is onwil en niet onbekwaamheid dat ze blijven. BV Nederland staat te popelen om deze, en andere dossiers op te lossen met de mooiste innovatieve technologieën en nieuwe business modellen. Wanneer we de knop omzetten van "kan niet" naar "wil wel" dan zijn wij binnen no time echt het wereldwijde watertechnologie toonbeeld dat we nu al internationaal pretenderen te zijn.

Zelf reageren? Dat kan onder alle artikelen met een Mijn H2O/KNW account.