Vooruitgang bij winnen energie uit afvalwater

Huishoudelijk afvalwater bevat negen maal meer energie dan nodig is om het te verwerken. Op een Amerikaanse laboratoriumtafel staat een opstelling waarmee een deel van deze energie nu al werkelijk als elektriciteit beschikbaar is maken. Met acetaat als remplaçant voor de mix aan organische stoffen waaruit echt afvalwater echt bestaat.

De online versie van Science (Science Express) besteedt er deze week aandacht aan. Maar zó beknopt is het artikel van R.D. Cusick, Y. Kim en B.E. Logan dat de gemiddelde lezer er geen touw aan kan vastknopen als hij niet ook de artikelen leest die Kim en Logan vorig jaar publiceerden in de PNAS en Environmental Science & Technology.

Meer dan een ‘proof of concept’ is er nog niet, maar het concept is veelbelovend, en er is een raakvlak in Nederland. Het basisprincipe, dat elektriciteit valt te winnen uit de vereniging (via zeer geavanceerde, kostbare membranen) van zeewater en zoet water hoopt het Friese bedrijf Redstack (Sneek) te zijner tijd te gebruiken voor een krachtcentrale aan de Afsluitdijk, die immers op de grens van zoet en zout ligt.

Het principe heet ‘reversed electrodialysis’ (RED), dus: omgekeerde elektrodialyse en het is ook werkelijk de omkering van de al tamelijk gangbare gewone elektrodialyse waarbij onder elektriciteitsverbruik zeewater kan worden ontzilt, dus omgezet in zoet water. Beide principes maken gebruik van in sandwiches, dus om-en-om, geplaatste membranen die ofwel selectief kationen (positief geladen deeltjes) ofwel selectief anionen (negatieve deeltjes) doorlaten. Aan- en afvoerstromen worden op een ingenieuze manier langs zo’n stapeling membranen (een ‘stack’) geleid.

Het netto elektrisch vermogen van de RED-stack is nog bescheiden, er gaat veel energie verloren aan pompen en de membranen zijn gevoelig voor vervuiling. Bovendien is de RED-stack alleen te gebruiken op plaatsen waar zoet water in zee stroomt. Vorig jaar lanceerden Kim en Logan, beiden verbonden aan Pennsylvania State University, het idee om de RED-stack te combineren met een totaal ander principe, dat van de microbiële brandstofcel (MFC). Er zijn bacteriën (exoelektrogene bacteriën) die, groeiend op organisch materiaal uit afvalwater, elektronen afvoeren naar hun buitenkant, zó dat die door een elektrode kunnen worden opgenomen en afgevoerd. In de praktijk kiest men er een soort borstels van grafiet voor. Wordt deze bacterieactiviteit gecombineerd met de werking van een elektrode waar vrije zuurstof de elektronen opneemt dan kan er een elektrische stroom gaan lopen.

De gecompliceerde maar bewezen werkzame combinatie van deze principes, voorlopig in een opstelling niet groter dan een melkpak, was het nieuws van vorig jaar. Nu is er, zie Science, weer een ander principe aan toegevoegd. Het is mogelijk gebleken het rendement van de opstelling flink op te voeren door er als vervanger van het zeewater een ‘thermolytische zoutoplossing’ in te laten circuleren, te weten een oplossing van ammoniumbicarbonaat (NH4HCO3). Van deze oplossing kan de vereiste hoge zoutconcentratie (nodig voor het functioneren van de RED-stack) onder opname van een bescheiden hoeveelheid warmte van relatief lage temperatuur steeds goed hersteld worden.

Praktische toepassing van de drietrapsvinding lijkt nog ver weg, maar de onderzoekers zien goede kansen in de Derde Wereld waar vaak niets aan afvalwaterzuivering wordt gedaan omdat het proces nu nog (dure) energie kost. Binnenkort zou het energie kunnen gaan leveren.

Karel Knip