Tomatensoep zuivert water

Hoe innovatief is Nederland? Deze week: een bacterie die de wereld moet veroveren.

Het lijkt wel tomatensoep. “Dit is afvalwater uit Rotterdam.” Hoogleraar en microbioloog Mike Jetten wijst twee glazen vaten aan. “En in deze twee zit zeewater.”

Jettens losse toon en nonchalante kniebroek verraden niet dat hij het Institute of Water and Wetland Research (IWWR) van de Radboud Universiteit Nijmegen leidt, waar 200 wetenschappers werken.

Een belangrijk deel van dat IWWR-onderzoek is gewijd aan de bacterie die het water in de vaten zo tomaatrood kleurt. Die ‘anammoxbacterie’ werd twintig jaar geleden bij toeval ontdekt, in Delft, en is daarna op steeds meer plaatsen op aarde aangetroffen. Van de grond in een Nederlandse achtertuin tot op kilometers diepte in de oceaan.

De bacterie kreeg er bovendien een habitat bij: de nieuwste generatie afvalwaterzuiveringsinstallaties. Die zijn door het Friese bedrijf Paques neergezet in Rotterdam en in het Gelderse Olburgen en Lichtenvoorde, maar bijvoorbeeld ook in China, Japan en Zwitserland.

Dat is te danken aan een nuttige eigenschap van dit beestje. Anammoxbacteriën kunnen (schadelijk) ammonium en nitriet in één stap omzetten in water en (onschadelijk) stikstofgas. Het prettige is dat ze daarbij geen zuurstof verbruiken en ook geen dure voedingsstoffen, zoals ‘ouderwetse’ bacteriën wel doen. Anammox doet zijn opruimwerk vrijwel voor niks. Het maakt hem ideaal voor de reiniging van ammoniumhoudend afvalwater uit de industrie. Of rioolwater, waarin bij de afbraak van organische stoffen ook veel ammonium ontstaat.

“Het was een toevallige vondst”, zegt Jetten. Een medewerker van Gist-Brocades (tegenwoordig DSM) in Delft, “had goed opgelet” en gemerkt dat er ammonium uit het afvalwater van de gistfabriek verdween. Op een ‘anaërobe’ manier, ofwel: zonder dat het zuurstof kostte.

Jetten: “Toen was de vraag: Welke organismen kunnen dit kunstje?” Gist-Brocades vroeg het in 1989 aan hoogleraar Gijs Kuenen van de TU Delft. En een paar jaar later, “na veel geploeter”, werd in Kuenens lab de anammoxbacterie geïdentificeerd.

“Dat deze bacterie nuttig was, dat was snel duidelijk”, zegt Jetten, die in 1998 in Delft de DNA-structuur van de bacterie ophelderde. Jetten maakte het werk aan toepassingen vanaf het begin mee. De vondst van Gist-Brocades en de Delftse kennis zijn ook meteen in twee patenten vastgelegd, vertelt hij. “Maar de stap naar een commercieel product, dát is wat anders.”

Voor de eerste labproeven kwam er geld van technologiestichting STW en van de afvalwaterzuiveraars verenigd in STOWA (Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer). Maar een echte sprong werd pas gemaakt toen het bedrijf Paques uit Balk een licentie op de anammoxtechnologie nam.

“We hoorden in 1996 op een wetenschappelijk congres in Oostende van de bacterie”, zegt aan de telefoon Carl Schultz van Paques, “en we begrepen meteen dat dit een slim beestje was.” Studies bevestigden wat ze bij Paques meteen al dachten: deze bacterie kon ingezet worden bij duurzame afvalwaterzuivering.

Schultz: “Een goede innovatie wordt gekarakteriseerd door eenvoud. De anammoxbacterie had precies dat: hij sloot de stikstofkringloop kort. Zo bespaar je kosten en energie. Eigenlijk heel simpel... Dat maakt deze technologie sterk.”

Toch kostte het daarna veel tijd om ook andere partijen bij elkaar te krijgen voor een praktijkproef, zegt Jetten. “We hadden ons afgevraagd: gaan we van 1 tot 10 liter afvalwater, zoals in de labproeven, naar 1.000 liter? Naar 10.000 liter, naar 100.000 liter? En uiteindelijk bleek 100.000 liter niet veel duurder dan 10.000 liter. Maar ja, wie zou er geld in willen steken? En waar moest de installatie staan?”

Geld kwam er onder meer via de EU. “Moedig”, zegt Jetten, was dat het waterschap Hollandse Delta een eerste anammoxreactor bestelde voor de rioolzuiveringsinstallatie in de Rotterdamse Dokhaven. Nog afgezien van het financieel risico: “Als de proef mislukte, zouden ze toch een paar maanden met viezer water zitten.”

Achteraf bezien, zegt Schultz van Paques, hadden we misschien wél eerst die tussenstap met een kleinere proefinstallatie moeten maken. “We hadden natuurlijk met Hollandse Delta overlegd. En we wisten dat we, door zo’n grote stap te zetten, tegenslagen zouden ondervinden. Daar hadden we twee jaar extra voor uitgetrokken. Maar het werden vier jaren. Zo zijn we wel een deel van de voorsprong verloren die we op de concurrentie (die uiteraard wegen zoekt om de licentie te omzeilen, red.) hadden opgebouwd.”

Schultz vergelijkt het met een couveusebaby die je heel vroeg mee naar huis neemt en aan alledaagse gevaren blootstelt. “Wij moesten een stabiele cultuur van bacteriën opkweken, maar die bacteriën moesten van het begin af aan óók overleven in een werkende installatie.” En dat ging wel eens mis. Schultz: “Gelukkig had Hollandse Delta geduld en sinds 2006 draait de installatie stabiel.”

De oplevering van volgende installaties ging veel sneller. Het geheim, zegt Schultz, zit in de kennis van precies de goede condities waaronder de bacteriën functioneren. “Tegenwoordig kunnen we installaties in twee tot vier weken in bedrijf stellen.”

Paques past de anammox-techniek toe in zuiveringsinstallaties die ook verder duurzaam en energiezuinig zijn. Schultz: “We proberen grondstoffen als fosfaat zoveel mogelijk terug te winnen (80 tot 90 procent) en we zetten het organische slib om in biogas (methaan) voor groene energie.”

De ‘groene’ winst van anammox is, als gezegd, dat deze bacterie geen zuurstof en voedingsstoffen nodig heeft. Dat scheelt energie (voor de productie van voedingsstoffen en de aanvoer van zuurstof) en leidt tot beperking van de CO2-uitstoot.

Schultz: “Het was een lange zaaiperiode, van zeg maar 1997 tot 2006. Nu moeten we oogsten, en na de ‘early adopters’ ook andere klanten overtuigen van de voordelen.”

De samenwerking van Paques met de universiteiten van Delft (de groep van hoogleraar Mark van Loosdrecht) en Nijmegen loopt intussen door. Eind 2010 wordt in de Dokhaven de nieuwste anammox-proefinstallatie in werking gezet. Daarin worden – voor het eerst ter wereld – anammoxbacteriën opgekweekt die hun werk ook bij lage temperaturen en lage ammoniumconcentraties doen. Als dat goed werkt, kan de bacterie in nóg meer typen zuiveringsinstallaties worden ingezet, zegt Paques-man Schultz..