Thomas van de Sandt
DHV en Waterschap Hunze en Aa’s ontwikkelden een nieuw concept om de nutriënten en chemische energie in afvalwater nuttig te gebruiken. Dankzij een overheidssubsidie komt er na de zomer een proefinstallatie, inclusief brandstofcel om uit ammoniak elektriciteit op te wekken.
Het nieuwe concept slaat twee vliegen in één klap. De kosten voor het verwijderen van stikstof- en fosforcomponenten uit afvalwater gaan omlaag en het systeem levert elektriciteit en de waardevolle grondstof fosfaat op.
Een consortium, dat behalve DHV en waterschap Hunze en Aa’s bestaat uit HITC, LeAF, NedMag, Stowa, de TU Delft en waterschap Noorderzijlvest, gaat de komende anderhalf tot twee jaar testen of het ook in de praktijk werkt. Met de toegekende subsidie vanuit het Innovatieprogramma Kaderrichtlijn Water van het ministerie van Verkeer en Waterstaat treft men momenteel voorbereidingen voor het ontwikkelen en bouwen van een pilotinstallatie.
De techniek is volgens DHV niet alleen toepasbaar voor afvalwater, maar ook bijvoorbeeld voor apart ingezamelde urine, mestverwerking en stalluchtbehandeling. In eerste instantie richt het consortium zich op de behandeling van rejectiewater, een stroom die vrijkomt bij het ontwateren van slib uit de zuiveringsinstallatie. Aangezien deze waterstroom vol zit met nutriënten, kost het behandelen ervan in conventionele zuiveringsinstallaties veel energie en chemicaliën.
De laatste jaren duiken steeds meer concepten op voor een effectieve behandeling van rejectiewater. Voorbeelden van hiervan zijn Nederlandse technologieën als B.A.B.E., Annamox en Sharon. ‘De rejectiestroom stond al onder de aandacht, maar ons nieuwe concept gaat nog een stap verder’, zegt Andreas Giesen, innovatiemanager bij DHV. ‘Tot nu toe kost vooral het verwijderen van stikstof veel geld en energie. Wij proberen dat paradigma om te draaien en wekken juist energie op uit ammonium.’
Aan de kern van het proces, waar DHV inmiddels octrooi voor heeft aangevraagd, staat een slimme kristallisatiestap om ammonium en fosfaat uit het afvalwater te verwijderen. Door het toedienen van magnesium ontstaat een neerslag van struviet (ammoniummagnesiumfosfaat), dat vervolgens in de vorm van kristallen simpel van het rejectiewater is te scheiden.
In een volgende stap wordt struviet ontleed, waarbij ammoniakgas ontstaat dat dient om een speciale brandstofcel te voeden. ‘Het fosfaatmineraal dat overblijft na de ontleding van struviet kan uitstekend dienen als grondstof voor bijvoorbeeld de hoogwaardige fosfaatindustrie of als kunstmest’, aldus Giesen. In de brandstofcel wordt ammoniak omgezet in stikstofgas en water, met zuurstof als elektronacceptor. Hierbij ontstaat een elektrische stroom.
Ondanks dat ammonium in relatief lage concentraties in afvalwater zit, heeft DHV berekend dat dankzij het opcentreren in de kristallisatiestap het hele concept wel degelijk de moeite waard is. ‘In een grote zuivering zou het de helft van de operationele kosten schelen’, stelt Giesen. ‘Het mes snijdt aan twee kanten. Je hebt minder energie nodig voor het verwijderen van ammonium en fosfaat en je hebt extra baten met de productie van elektriciteit en fosfaat.’
Een punt van aandacht is de koppeling van de ammoniakstroom aan de brandstofcel. Het consortium onderzoekt met de proefopstelling onder meer hoe zuiver het gas moet zijn om het proces in de brandstofcel niet aan te tasten. ‘Daarnaast zien we nog grote ontwikkelingen in de brandstofceltechniek’, zegt Giesen. ‘Die zullen positief uitwerken op de opschaling en de investeringskosten.’
