‘Water fit-for-use wordt steeds belangrijker in de toekomst’

Volgens de Gentse waterhoogleraren Arne Verliefde en Emile Cornelissen zal de betekenis van water in de procesindustrie in de nabije toekomst een andere zijn dan we tot nog toe gewend waren. En ook het fenomeen afvalwater zal een andere betekenis krijgen. “We staan aan de vooravond van een ingrijpende watertransitie.”

De energietransitie is ingrijpend, maar de watertransitie ook, benadrukken beide wetenschappers. Al heeft water lang niet diezelfde betekenis die energie wél heeft in onze wereld. Water wordt niet zelden ‘stiefmoederlijk’ behandeld, zegt Verliefde. “Water is vaak ondergebracht bij utilities. En dat is totaal anders dan process. Je mag gerust spreken van twee aparte werelden die in de praktijk tegenover elkaar staan. Utilities wil het water in het proces hergebruiken, maar het proces zelf zegt ‘dan moet je wel aan hele strenge eisen kunnen voldoen om ons dat water te kunnen leveren’. De eisen die aan proceswater worden gesteld zijn vaak nog onvoldoende wetenschappelijk onderbouwd, maar de praktijk trekt zich daar weinig van aan: het blijft een spagaat.”

Cruciaal

Water is een cruciale grondstof voor de procesindustrie. Maar zoet water is schaars. Om die reden wordt er ook onderzoek naar andere bronnen gedaan, zoals brak water en afvalwater, om te zien of die zijn op te waarderen naar proceswater van de juiste kwaliteit, oftewel water fit-for-use. In Gent wordt onderzoek gedaan naar de grondstof water. Dat gebeurt onder andere in de testinstallatie IMPROVED. Mobiele containers gevuld met waterzuiveringstechnologie, maar waarmee ook de invloed van waterkwaliteit op het proces waarin het gebruikt wordt (zoals een stoomketel) getest wordt. Verliefde: “Als je kunt aantonen dat een andere waterkwaliteit geen negatieve invloed heeft op het proces, dan overtuig je mensen om die te gebruiken. Daarmee maak je ook de spagaat een stuk minder ‘pijnlijk’.”

Ingrijpend

U spreekt beiden over een ingrijpende watertransitie. Hoe zal die er precies uitzien?
Verliefde: “Die transitie heeft onder andere met het voorgaande te maken. Door alternatieve waterbronnen in te zetten in de procesindustrie kantel je het bestaande beeld dat er (nog steeds) van water is. Dat gebeurt in de energiewereld al veel langer. Daar hebben duurzame bronnen zich al lang bewezen.”

In grote lijnen moeten we, analoog aan de energietransitie, twee zaken van elkaar onderscheiden, zegt hij. “Enerzijds gaat het om alternatieve bronnen van water. Anderzijds gaat het over procesefficiëntie. Kijk je naar water en grondstoffen, dan zijn die qua procesefficiëntie heel nauw met elkaar verbonden. Op het moment dat je water dichter bij de bron gaat hergebruiken in de procesindustrie, dan wordt grondstoffenherwinning ook een stuk makkelijker.

‘Geen end-of- pipe oplossing, maar water direct hergebruiken in het proces’

“Spraken we over circulariteit en hergebruik van water, dan lag tot nog toe de nadruk altijd op het water zelf, en te weinig op andere grondstoffen in dat water. Je kreeg dan een soort end-of-pipe recirculatie van water. Op zich was de sluiting van die kringloop al beter dan wat we vroeger deden. Toen ging het gezuiverd afvalwater met de afvalwaterzuivering de rivier in en werd dat honderd meter verder opgepompt. Nu gaat het dus vooral direct om de recirculatie en verlaat minder water de site.
Kijk je naar proceswater dan komt daar, analoog aan energie, nog een stap bij. Als je dat wilt hergebruiken dan zul je de water en energie-efficiëntie van het proces moeten optimaliseren. Bij water is dat tot nog toe nauwelijks het geval geweest.”

Slimmer hergebruiken

Kunt u dat uitleggen?
Cornelissen: “Procesefficiëntie betekent niets anders dan zowel water als grondstoffen in of tijdens het proces zoveel mogelijk hergebruiken. Water kan bijvoorbeeld in bepaalde chemische processen katalysatoren bevatten, die je goed kunt scheiden van water en die je eventueel samen met water kunt hergebruiken in het proces. Dan gebruik je zowel de grondstof als het water. We moeten dus enerzijds naar alternatieve bronnen van water kijken en anderzijds in het proces water en grondstoffen beter en slimmer gaan hergebruiken.”

‘Een van de moeilijkste vragen is: Waaraan moet waterkwaliteit voldoen om deze in te kunnen zetten in de procesindustrie?”

Waterkwaliteit

Verliefde: “Een van de moeilijkste vragen is: Waaraan moet de waterkwaliteit voldoen om deze in te kunnen zetten in de procesindustrie? Er is daar nog te weinig wetenschappelijke consensus over. Het gaat daarbij om het leveren van een waterkwaliteit die is aangepast aan het proces waarin het water hergebruikt moet worden. Dus: Water quality fit-for-use. Een te slechte waterkwaliteit kan voor problemen zorgen in het proces, een te hoge waterkwaliteit leidt tot overdreven energieverbruik en te hoge kosten bij de proceswateraanmaak. ‘Correct’ zuiveren wordt steeds belangrijker in de toekomst, daar streven wij naar en dat doen we op twee manieren. Enerzijds ontwikkelen we heel selectieve technologie om bepaalde componenten te kunnen scheiden. Anderzijds proberen we ook die wetenschappelijke consensus rond de vereiste waterkwaliteit te promoten. Dat hebben we bijvoorbeeld gedaan bij het IMPROVED-project.”

Wat mogen we van industriële grootverbruikers verwachten als het gaat om het watergebruik? Is er sprake van een groot besparingspotentieel? En kunnen bedrijven nog stappen zetten op het gebied van waterzuivering waardoor ze op termijn mogelijk naar nul-emissies toekunnen?

Verliefde: “Ja, bedrijven kunnen minder water gebruiken. De hoeveelheid besparing zal echter sterk afhangen van bedrijf tot bedrijf. De voedingsindustrie in de provincie West-Vlaanderen in België heeft bijvoorbeeld aangetoond dat 50 procent tot 75 procent van het waterverbruik kan teruggedrongen worden door water te hergebruiken via UF-RO (omgekeerde osmose). De voornaamste reden waarom dit alles economisch haalbaar werd, was het besluit om vergunningen voor oppompen van diep grondwater terug te schroeven. Beleid speelt hier dus een zeer belangrijke rol in.

‘In theorie is nul-emissie mogelijk’

“In theorie is nul-emissie mogelijk, onder de vorm van zero-liquid-discharge. Daarbij moet echter de vraag gesteld worden of dit economisch aanneembaar is. Dit is zeker het geval bij bedrijven die momenteel end-of-pipe zuiveren. Daar lijkt zero-liquid-discharge moeilijk, omdat verdamping de enige technische optie wordt door de complexiteit van de afvalstroom. Zuivering dichter bij de bron van de verontreiniging, dieper in het proces, biedt hier ook een antwoord omdat de zuivering en terugwinning minder complex worden.”

Reductie

Stel dat de (maatschappelijke) wens ontstaat om een target te koppelen aan de vermindering van het gebruik van water door de industrie. Met hoeveel procent zou het gebruik van water door industriële bedrijven kunnen worden gereduceerd?
Verliefde: “Dat is een zeer moeilijke vraag, temeer aangezien de vraag ten zeerste beïnvloed wordt door het type activiteit, de verschillende types processen, het type voedingswater en de locatie van het bedrijf. De voedingssector toont aan dat 75 procent reductie mogelijk is. Ook DOW Terneuzen toont dit aan. Zoals reeds gezegd is één van de problemen dat ‘bedrijfszekerheid’ momenteel niet vaak (althans niet monetair) wordt meegenomen in een investeringsbeslissing voor waterhergebruik. Een extra complexiteit is dat er altijd een gelijk speelveld moet zijn in de industrie: Het is uit competitief oogpunt zeer moeilijk om een bedrijf dat toevallig aan de Schelde ligt (waar het lozen van een geconcentreerde afvalstroom minder ecologisch problematisch is dan bij een lokale beek) over dezelfde kam te scheren als een bedrijf dat toevallig bij die kleine lokale beek ligt. Een stimulerend beleid, eerder dan een restrictief beleid, kan hier uitkomsten bieden.”

DOW Terneuzen wil op termijn zelfvoorzienend worden als het gaat om water. Kunnen meer bedrijven dit nastreven volgens u?
Verliefde: “Vanzelfsprekend. Hiervoor dient natuurlijk eerst en vooral het management overtuigd te zijn. Technisch is alles mogelijk, maar zoals reeds gezegd niet steeds economisch haalbaar. Enkel via een overkoepelend beleid kan een gelijk speelveld bewaakt worden. Dit zou in het toekomstige vergunningsbeleid meegenomen moeten worden.”

Tot slot, welke rol ziet u voor ICT weggelegd in de toekomst?
Cornelissen: “De rol van ICT en artificiële intelligentie zal in de toekomst veel groter worden. Het wordt dan veel makkelijker om gedecentraliseerde units op afstand aan te sturen en te bewaken. En dan is het ook niet meer nodig om naar die grote gecentraliseerde ‘mengelmoes’ van end-of-pipe zuivering te gaan, maar kun je veel gerichter naar de bron kijken. Op deze manier kunnen we het waterhergebruik verhogen van 75 procent naar bij wijze van spreken 99 procent. Een veel hogere efficiëntie dus.”

Leerstoel Industriële en Circulaire Watertechnologie

Eind 2016 lanceerden de UGent en Evides Industriewater B.V. een nieuwe leerstoel over industriële en circulaire watertechnologie. Daarmee willen ze werken aan innovatieve en duurzame oplossingen op het vlak van industriewater.
Beide organisaties zijn gespecialiseerd in ingenieuze oplossingen op het gebied van ultrapuur proceswater, afvalwaterzuivering en waterhergebruik. Met de leerstoel willen ze de geschikte randvoorwaarden creëren die duurzame praktijken in de industriële waterkringloop voor verschillende actoren bereikbaar en mogelijk maken. Eén van de randvoorwaarden daarbij is multidisciplinair onderzoek.
“Door te investeren in onderzoek en innovatie bereiden we ons voor op de dag van morgen”, aldus Verliefde, die vanuit de Universiteit Gent de leerstoel coördineert. “Daarbij proberen we antwoorden te vinden op vragen als: Hoe kunnen we installaties nóg duurzamer maken? Hoe maken we bedrijfsprocessen tegelijkertijd efficiënter én beter voor het milieu? Wat zullen de technologieën zijn waarmee de industriële sector over tien of twintig jaar werkt? Hoe ondersteunen we bedrijven het best in de overgang van klassieke naar innovatieve waterbronnen?”

Arne Verliefde

Prof. Dr. Arne Verliefde is hoogleraar aan de Universiteit Gent (UGent). Hij bekleedt daar de leerstoel Industriële en Circulaire Watertechnologie. Verliefdes onderzoek richt zich vooral op grenslaagfenomenen in de drink- en proceswaterbehandeling met een grote focus op membranen. Zijn onderzoeksgroep richt zich ook op het bepalen van welke waterkwaliteit een proces exact nodig heeft. Hij is daarnaast betrokken bij CAPTURE (het Centre for Advanced Process Technology for Urban Resource Recovery), dat gericht is op herwinning van grondstoffen, waaronder water fit-for-use.

Emile Cornelissen

Prof. Dr. Emile Cornelissen is sinds 2017 hoogleraar aan de Universiteit Gent. Daarnaast is hij verbonden als verantwoordelijk onderzoeker aan KWR Water Research Institute. Cornelissens onderzoek richt zich op fysicochemische zuiveringstechnieken met als focus membraanfiltratie voor drink- en proceswaterproductie en afvalwaterbehandeling. Zijn onderzoeksgroep richt zich op selectieve scheidingstechnieken voor hergebruik van water en grondstoffen. Ook Cornelissen is betrokken bij het recente CAPTURE initiatief bij de Universiteit Gent.