In stedelijke voedsel- en materialenketens gaan enorme hoeveelheden waardevolle stoffen rond. Een aanzienlijk deel daarvan gaat nog steeds als afval verloren. Neem fosfaten, onmisbare en onvervangbare voedingsstoffen. Terwijl de in ertsen wereldwijd aanwezige voorraad verder slinkt, plassen we ze en masse uit en verdwijnen ze vermengd met andere stoffen via het riool in het milieu. Onderzoekers van de TU Delft demonstreren in een zeecontainer een alternatief, als een mobiel stedelijk living lab zoals eerder ook al getoond bij AMS Institute in Amsterdam.
Arjan van Timmeren, hoogleraar Environmental Technology and Design, onderzoekt onder meer hoe stoffen door steden ‘stromen’ én hoe de stofwisseling – van grondstof naar afvalstof naar grondstof – efficiënter kan. Eén van die stedelijke stoffenstromen begint bij het toilet. Urine en ontlasting worden met spoelwater doorgetrokken. Eenmaal in het riool maken ze deel uit van de vermengde afvalwaterstroom die naar een zuiveringsinstallatie gaat.
Mobiel minilab
Het proces van afvalwaterverwerking is al decennialang onderwerp van onderzoek en optimalisering. Want hoe kunnen zoveel mogelijk schadelijke stoffen uit die reststroom worden verwijderd en zoveel mogelijk waardevolle stoffen worden heroverd? “Op het schaalniveau van de zuiveringsinstallatie worden al op enkele plekken fosfaten herwonnen in de vorm van struviet, een vaste meststof”, vertelt Van Timmeren. “Voor een Europees onderzoeksproject waaraan de Faculteit Bouwkunde deelneemt heb ik microbioloog Monica Conthe gevraagd een kleinschaliger modulair zuiverings- en hergebruikproces te helpen ontwerpen dat ook nog eens kan worden verplaatst.” Het resultaat is een mobiel minilab in een zeecontainer dat – letterlijk – duidelijk laat zien dat je ook bij de bron maatregelen kunt nemen om nutriënten te recyclen.
Twee à drie wortels
Fabrikant Laufen leverde twee speciale toiletten die de urine van spoelwater en feces scheiden. Conthe koppelde deze samen met een waterloos urinoir aan een bioreactor en een vacuümverdamper om middels een proces van nitrificatie en destillatie verschillende waardevolle voedingsstoffen én water van hoge kwaliteit over te houden. Behalve fosfor genereert de opstelling namelijk ook stikstof en kleine hoeveelheden kalium en borium. Schadelijke stoffen zoals medicijnresten en hormonen worden tijdens het proces in principe verwijderd. “De opstelling kan 30 liter urine per dag aan”, legt ze uit, “goed voor zo’n 10 gram fosfor. Naast de container telen we in een glazen kasje verschillende gewassen die we voeden met de opbrengst. Zo onderzoeken we tegelijkertijd welke effecten verschillende verhoudingen van de meststoffen hebben op verschillende voedselgewassen.”
De plas van stadsbewoners wordt dus direct en ter plekke benut om groenten en fruit te telen die diezelfde stadsbewoners opeten, waarna ze weer een plasje doen. Al doende wordt het milieu zo min mogelijk belast. Het resultaat: een veilige kleinschalige kringloop die steden circulair helpt maken. Conthe heeft berekend dat één plasje gelijk staat aan genoeg meststoffen voor twee à drie wortels. “Door het tentoongestelde proces op te schalen kun je in een deel van de stedelijke voedselvraag gaan voorzien. Denk aan vormen van stadslandbouw.”
Etalage
De zeecontainer, rondom voorzien van een fraaie schildering, springt direct in het oog. Wat er binnen in het ‘P-lab’ gebeurt is allemaal goed te zien dankzij glazen schuifwanden aan twee zijden die helemaal open kunnen. De opstelling fungeert in feite als een etalage voor toegepaste wetenschap. Conthe: “Het is nadrukkelijk de bedoeling om te laten zien hoe je waardevolle stoffen kunt terugkrijgen vóórdat ze in een afvalstroom terechtkomen en in een later stadium moeten worden herwonnen. Of zelfs helemaal verloren gaan in het milieu, waar ze bovendien de natuurlijke balans dreigen te verstoren. Op deze manier hopen we iedereen die langskomt stil te laten staan bij processen die voor de meesten buiten beeld blijven.”
Grootverbruiker
Bewustwording creëren is één van de doelen van het in 2018 gestarte Europese project, weet Van Timmeren. “CINDERELA, voluit New Circular Economy Business Model for More Sustainable Urban Construction, wil door middel van demonstraties en testopstellingen laten zien wat er allemaal kan. En dat het werkt. Ons mobiele lab is een van zes demo’s.” Andere voorbeelden bevinden zich in Spanje, Slovenië en Kroatië, waar uit afvalstromen gewonnen stoffen worden ingezet als bouw- en constructiematerialen, bijvoorbeeld om wegen te verharden of straatmeubilair te fabriceren. Ook het slib dat overblijft na het afvalwaterzuiveringsproces wordt in het project beproefd als grondstof voor de bouw. Des te beter is het volgens van Timmeren als alle belangrijke stoffen zoals fosfor – volgens de EU een kritische grondstof – er zijn uitgehaald voordat ze in het bouwmateriaal worden vastgelegd. Daarbij komt: “De bouwsector is een grootverbruiker van grondstoffen en produceert naar verhouding veel afval. Zonder circulaire bouweconomie kan er geen sprake zijn van een circulaire economie. We hebben nu goede praktijken nodig die kunnen worden opgeschaald.”
Amsterdam en Delft
De zeecontainer heeft ruim anderhalf jaar (2019-2020) op het Marineterrein bij AMS Institute in Amsterdam gestaan. Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS Institute) is het gezamenlijke kennisinstituut van TU Delft, Wageningen University & Research en MIT in Amsterdam waar in nauwe samenwerking met de gemeente Amsterdam stedelijke uitdagingen aangepakt worden met experiment gedreven wetenschappelijk onderzoek, onderwijs en ondernemerschap. Bezoekers van het Marineterrein konden met hun plasje meedoen aan het experiment, zo was het idee. Helaas is dit door Covid en de lockdowns maar ten dele gelukt. “We hebben de opstelling wel naar tevredenheid kunnen testen en in de periodes tussen de lockdowns ook met bezoekers”, zegt Conthe.
De zeecontainer staat nu in Delft. Bezoekers van het Science Centre kunnen er binnenkort een wetenschappelijk verantwoord plasje plegen. Ook wordt bekeken of de zeecontainer deze zomer langs verschillende festivals kan gaan reizen. Conthe:“We zijn benieuwd in hoeverre festivalbezoekers er vrijwillig gebruik van maken en hoeveel nutriënten dat oplevert.” Een opstelling van dit formaat kan overigens zo worden geplaatst in kelders van gebouwen. “De opbrengst kan ter plekke worden toegepast, bijvoorbeeld in een naastgelegen moestuin.”
