Miljoenen ballen tegen de zon

Alledaagse wetenschap Wekelijks stuit Karel Knip in de alledaagse werkelijkheid op raadsels en onbegrijpelijke verschijnselen. Deze week: Plastic ballen in een drinkwaterbekken voorkomen dat zich het gevaarlijke bromaat vormt.

Zwarte ballen in een reservoir van het waterbedrijf van Los Angeles.
Zwarte ballen in een reservoir van het waterbedrijf van Los Angeles. Foto Wikimedia Commons

Niet mooi? Tja, wat is mooi. Misschien waren blauwe ballen mooier geweest. Het is in ieder geval intrigerend, al hangt er ook een waas van onduidelijkheid omheen. Wat was eigenlijk de primaire bedoeling? Vermindering van verdamping, verhinderen van algengroei en vogelbezoek of onderdrukking van een chemische reactie? Je komt er niet zomaar achter.

De miljoenen zwarte plastic ballen op de foto liggen nu nog op het Van Norman Bypass Reservoir in het noorden van Los Angeles, dicht tegen de bergen aan. Van andere drinkwaterbekkens zijn ze inmiddels weggehaald. Bij nader inzien stonden de voorschriften gebruik van de ballen niet toe. Maar op het Van Norman-bekken van 70 hectare waren zoveel ballen gestrooid (96 miljoen) dat het zonde zou zijn ze weg te halen voor ze hun geld hadden opgebracht. Drie ballen voor een dollar, dus reken maar uit.

Het ballenproject stamt uit 2007 en je mag aannemen dat een artikel in het blad Opflow (augustus 2008) van de American Water Works Association het zuiverst is over de oorspronkelijke bedoelingen. ’t Zit ongeveer zo: het bergwater waarvan Los Angeles afhankelijk is bevat van nature nogal wat – ongevaarlijk – bromide. In 2007 werd ontdekt dat de voorbehandeling met desinfecterend ozon en/of chloor (tegen bacteriën en algen) die het drinkwaterbedrijf LADWP aan het bergwater geeft het bromide kan omzetten in – wél gevaarlijk – bromaat als er veel zonlicht op het water valt. Op een zwaar bewolkte herfstdag bleef de bromide-omzetting beperkt, maar de bromaatconcentratie steeg onmiddellijk zodra de zon doorbrak.

Poelen vervuild mijnafval

Laboratoriumexperimenten en veldproeven bevestigden de rol van het licht. Zo ontstond de wens het gedesinfecteerde bergwater af te schermen van zonlicht. Dat kan op allerlei manieren, maar uiteindelijk is besloten een aantal reservoirs te bedekken met een laag plastic ballen. Zulke ballen werden al gebruikt om er poelen vervuild mijnafval mee af te sluiten.

Voor de productie van de ballen werd Microdyne Plastics Inc. in de arm genomen. Het werden ballen van HDPE (hoge-dichtheid polyetheen, heel gangbaar in de levensmiddelensector) met een diameter van vier inch: tien centimeter. Door het HDPE is roet (carbon black) en nog een additief gemengd om de ballen bestand te maken tegen het ultraviolet van het Californische zonlicht. De zwarte vulstof houdt natuurlijk ook goed het licht uit het drinkwater. Onze ballen wegen 240 à 260 gram, schrijft Microdyne. Dat is vreemd, je zou zelf eerder op 30 of 50 gram zijn uitgekomen. De clou is dat de ballen gedeeltelijk met water worden gevuld om ze minder windgevoelig te maken, anders zouden ze zomaar wegwaaien uit de waterbekkens. Er gaat misschien wel 200 ml water in.

Een promofilmpje op YouTube laat zien hoe de ballen op het water werden gebracht: gewoon vanuit een vrachtwagen. In hetzelfde filmpje van mei dit jaar legt Marty Adams van LADWP uit waarom de zwarte ballen, die inmiddels shade balls heten, zo’n succes zijn. Niet alleen wordt de bromaatvorming prachtig onderdrukt, ook is het zó donker onder de ballenmassa dat er sowieso geen alg meer groeien wil. Dus kan er op chloor bezuinigd worden. Last but not least: de ballen verminderen de gangbare verdamping met 80 à 90 procent. Adams zei er niet bij of dit op jaarbasis was berekend of alleen voor de heetste zomermaand gold. Op zijn gezag nemen we aan dat het een mooie meevaller is. Ook nemen we aan dat het waar is wat het promofilmpje (bij 9:36) laat zien: dat de laag zwarte ballen, die natuurlijk in de felle zon aan de bovenkant flink heet worden, niet bijdraagt aan de opwarming van het drinkwater. Het blijft er juist extra koel onder. ‘Dubbelglas-effect’, zegt Marty Adams.

De leukste opmerking

Dit brengt ons op een artikel in Nature Sustainability (juli 2018) waarin wordt betoogd dat het best wel eens zo zou kunnen zijn dat voor de productie van alle benodigde HDPE zoveel water wordt verbruikt dat LADWP het pas na meer dan drie jaar aan verminderde verdamping kan goedmaken. Alsof verdampingsbeperking het primaire doel was. De auteurs van de vlugge studie wisten kennelijk niet te achterhalen hoeveel HDPE per bal werd gebruikt (30 of 150 gram), wisten niet dat de ballen gedeeltelijk met water werden gevuld en namen aan dat het water onder de ballen extra warm werd (‘thermal blanket’).

De vreemdste opmerking uit hun stuk is dat de totale hoeveelheid HDPE die nodig is voor het bedekken van een zeker oppervlak water onafhankelijk is van de baldiameter. Dat klopt alleen voor ballen met een verwaarloosbare dikte, wat een onzinnig uitgangspunt is. Kleine diameters hebben de voorkeur.

9 procent van het hemellicht

Teken het op ruitjespapier, dan komt het inzicht vanzelf. Dan bereken je ook moeiteloos dat door een enkele laag bollen in dichtste pakking altijd nog 9 procent van het hemellicht in het drinkwater kan vallen. En dat er nog 32 procent vrij wateroppervlak over blijft als de ballen één inch (een kwart diameter) diep in het water zakken. Voor zuurstofloze toestanden (zoals onder Hollands eendenkroos) hoeft niet gevreesd te worden.

Soms gaat een employee van LADWP met een motorbootje het balbedekte waterbekken op om daar metingen te doen. Je hoopt dat hij altijd zijn telefoon bij zich heeft. Want wat moet hij doen als midden tussen de zwarte ballen zijn motor uitvalt? Keihard ‘help’ roepen of proberen terug te zwemmen? De boot zelf wil geen kant op, dat staat vast.