De lancering van het Water Mining Project heeft even op zich laten wachten. Maar vandaag gaat het door de Europese Commissie ondersteunde project echt van start. Het project van 17 miljoen euro demonstreert innovatieve oplossingen op het gebied van water. Als onderdeel van het project zullen faciliteiten in Cyprus, Spanje, Portugal, Italië en Nederland worden gebouwd. Hier komen demonstraties van  nieuwe efficiënte manieren om nutriënten, mineralen, energie en water terug te winnen uit industrieel en stedelijk afvalwater en zeewater. Het publiek-private consortium onder leiding van TU Delft bestaat uit 38 publieke en private partners en nog vier derde partijen in twaalf landen. 

Het Water Mining-project wil praktische voorbeelden geven voor de implementatie van het zogeheten Water Framework Directive. Deze richtlijn moet de overgang naar een circulaire economie bevorderen. Het project sluit daarnaast aan bij de recentelijk gepresenteerde Europese Green Deal. De demonstraties zullen enkele innovatieve technologieën integreren van eerder gefinancierde EU-projecten. Naar verwachting zullen de eindproducten met toegevoegde waarde regionale economische ontwikkeling stimuleren. Eindproducten zijn ondre meer: water, platformchemicaliën, energie, nutriënten en mineralen .

Maatschappelijke inbedding

Water Mining wil een voorbeeld zijn voor de maatschappelijke inbedding van technologische innovaties. Patricia Osseweijer, hoogleraar Biotechnology and Society aan de TU Delft, is coördinator van het project. ‘We zijn van plan om meer dan 24 workshops te organiseren met deskundigen, beleidsmakers, de industrie, civiele gemeenschappen en het publiek.  Zo kunnen we de innovaties laten zien en de implicaties ervan bespreken. Zoals de ecologische voetafdruk, lokale veranderingen en gevolgen. De input zal worden gebruikt om de innovaties en de implementatie ervan in de samenleving te verbeteren. Ik kijk echt uit naar dit proces.’

Mark van Loosdrecht (hoogleraar Environmental Biotechnology, TU Delft): ‘Water is essentieel voor de gezondheid van de mens, zeker in stedelijke gebieden. Het wegspoelen van sanitair afval uit de stad is een van de belangrijkste functies. Dit programma zal helpen bij het terugwinnen van dit water en bij het omzetten van afvalbestanddelen in grondstoffen. En zal op die manier bijdragen aan een sterkere circulaire economie.’

De partijen denken ook na over de implementatie van de nieuwe technologie. Via wetenschapsmusea zoals NEMO in Nederland en Living Labs in heel Europa nodigt het project ook het publiek uit om mee te denken over de maatschappelijke impact en mogelijke aandachtspunten. Met behulp van augmented reality presenteert het project de wetenschap achter de technologie, de gemeten ecologische voetafdruk en de eventuele maatschappelijke impact.

Samenwerking

Nieuwe technologie voor de behandeling en ontzilting van afval- en zeewater vereist nieuwe regels en voorschriften. Evenals nieuwe businessmodellen. Samen met de industrie, stadsbesturen en regionale waterorganisaties zullen dit soort beleids- en verdienmodellen worden ontwikkeld. Samenwerking is essentieel om de kosten te verlagen en de efficiëntie en maatschappelijke opbrengsten te verhogen.

Dr. Dimitris Xevgenos, die met Mark van Loosdrecht en Patricia Osseweijer deel uitmaakt van het coördinerende team: “Water-Mining is geen concept dat van de ene op de andere dag is ontwikkeld. Het is een proces geweest van bijna tien jaar, dat is uitgevoerd met onderzoeksgroepen die verschillende expertises meebrengen. Deze groepen zijn nu lid van het projectconsortium, en staan te springen om bij te dragen aan de systematische innovatie die nodig is om de overgang naar een circulaire economie daadwerkelijk te laten plaatsvinden. Ik ben ze dankbaar, en ik ben ook de Europese Commissie dankbaar voor de steun die ze ons sinds 2010 via Horizon 2020 en de LIFE-programma’s geboden heeft.’

Het onderzoek van Delftse waterdeskundigen leidde tot een verbeterde manier om Corona op te sporen in monsters van patiënten. Microbolletjes van ijzeroxide en silicium binden zich namelijk aan RNA. Die bolletjes zijn vervolgens eenvoudig met magneten uit de oplossing te halen.

Het doel van het WaterTagging-project is om waterstromen in kaart te brengen. De Delftse onderzoekers, onder leiding van Thom Bogaard, gebruiken daarvoor microbolletjes van ijzeroxide met silicium. Deze bolletjes zijn gelabeld met een soort DNA-streepjescode. De onderzoekers brengen ze  vervolgens in een waterstroom in, om ze verderop terug te vinden. Door de streepjescode is te achterhalen wanneer en waar de deeltjes zijn ingebracht. Zo volgen de onderzoekers waterstromen, en sporen ze bijvoorbeeld de bron van verontreinigingen op. Eind 2018 kon het team het onderzoek uitbreiden, door middel van een Europees samenwerkingsproject, UrbanWat.

COVID-19

Vanaf het begin kozen de onderzoekers voor intensieve samenwerking met NTNU in Noorwegen. De Delftse postdoc van dit project, Sulalit Bandyopadhyay, bleef tijdens al het onderzoek verbonden aan het Noorse NTNU. Daar veranderden de onderzoekers de microdeeltjes om beter toepasbaar te zijn voor het wateronderzoek. Ze ondervonden echter problemen bij het met DNA labelen van het microdeeltje. RNA daarentegen bleek wel goed te binden aan de oppervlakte van de microdeeltjes. En, een geluk bij een ongeluk, dat RNA is ook het genetische materiaal in het virus dat COVID-19 veroorzaakt.

Nieuwe detectiemethode

De Noorse onderzoekers bouwen voort op deze vinding bij de ontwikkeling van een nieuwe testmethode naar het coronavirus. Zij gebruiken de microdeeltjes om RNA te extraheren uit een oplossing met een monster van een patiënt. De microbolletjes bevatten ijzeroxide waardoor een magneet het RNA kan afscheiden en zuiveren. Vervolgens identificeert men de genetische code van dat gezuiverde RNA en vergelijkt deze met het coronavirus. Deze nieuwe testmethode lijkt gevoeliger te zijn dan huidige methodes om het coronavirus op te sporen. In de projectgroep in Noorwegen wordt daarom nu opgeschaald om minimaal voor 150.000 tests per week aan microbolletjes te produceren in dat land. Of deze methode ook in Nederland zal worden toegepast is nu nog niet bekend.

De Europese Commissie ondertekende de grant agreement voor Water Mining. Met dit project is een bedrag van zeventien miljoen euro gemoeid. Betrokken partijen, zoals de TU Delft, gebruiken dit geld voor demonstratieprojecten van innovatieve oplossingen op het gebied van water.

Als onderdeel van het project Water Mining bouwen wetenschappers faciliteiten in Cyprus, Spanje, Portugal, Italië en Nederland. Hiermee demonstreren ze nieuwe technieken voor terugwinning van nutriënten, mineralen, energie en water uit industrieel en stedelijk afvalwater en zeewater. Het publiek-private consortium bestaat uit 38 publieke en private partners  in twaalf landen. De TU Delft leidt het onderzoek.

Het Water Mining-project moet praktische voorbeelden geven voor de implementatie van het zogeheten Water Framework Directive. Deze Europese richtlijn moet de overgang naar een circulaire economie bevorderen. Het project sluit daarnaast aan bij de recentelijk gepresenteerde Europese Green Deal. De demonstraties zullen enkele eerder ontwikkelde innovatieve technologieën integreren. Men verwacht dat de eindproducten met toegevoegde waarde zoals water, platformchemicaliën, energie, nutriënten en mineralen regionale economische ontwikkeling stimuleren.

Hoogleraar Environmental Biotechnology Mark van Loosdrecht van de TU Delft: ‘Water is essentieel voor de gezondheid van de mens, zeker in stedelijke gebieden. Het wegspoelen van sanitair afval uit de stad is een van de belangrijkste functies. Dit programma zal helpen bij het terugwinnen van dit water en bij het omzetten van afvalbestanddelen in grondstoffen, en zal op die manier bijdragen aan een sterkere circulaire economie.’

Maatschappelijke inbedding

De manier van implementatie van de nieuwe technologie zal samen met een aantal belanghebbenden worden ontworpen. Via wetenschapsmusea zoals NEMO in Nederland en Living Labs in heel Europa nodigt het project ook het publiek uit om mee te denken over de maatschappelijke impact en mogelijke aandachtspunten. Met behulp van augmented reality presenteert het project de wetenschap achter de technologie, de gemeten ecologische voetafdruk en de eventuele maatschappelijke impact.

Water Mining wil een voorbeeld zijn voor de maatschappelijke inbedding van technologische innovaties. ‘We zijn van plan om meer dan 24 workshops te organiseren met deskundigen, beleidsmakers, de industrie, civiele gemeenschappen en het publiek om de innovaties te laten zien en de implicaties ervan te bespreken, zoals de ecologische voetafdruk, lokale veranderingen en gevolgen’, zegt Patricia Osseweijer, hoogleraar Biotechnology and Society aan de TU Delft en coördinator van het project.

Samenwerking

Nieuwe technologie voor de behandeling en ontzilting van afval- en zeewater vereist nieuwe regels en voorschriften, evenals nieuwe businessmodellen. Samen met de industrie, stadsbesturen en regionale waterorganisaties zullen dit soort beleids- en verdienmodellen worden ontwikkeld. Samenwerking is essentieel om de kosten te verlagen en de efficiëntie en maatschappelijke opbrengsten te verhogen.

Dr. Dimitris Xevgenos, die met Mark van Loosdrecht en Patricia Osseweijer deel uitmaakt van het coördinerende team: “Water Mining is geen concept dat van de ene op de andere dag is ontwikkeld. Het is een proces geweest van bijna tien jaar, dat is uitgevoerd met onderzoeksgroepen die verschillende expertises meebrengen. Deze groepen zijn nu lid van het projectconsortium, en staan te springen om bij te dragen aan de systematische innovatie die nodig is om de overgang naar een circulaire economie daadwerkelijk te laten plaatsvinden.’

Het Water Mining-project gaat op 1 september 2020 van start.

Onderzoekers uit Delft en Moskou hebben een nieuwe klasse micro-organismen ontdekt in Siberische sodameren. Deze organismen groeien in verzadigde soda met een pH-waarde van 10 en zetten organisch materiaal om in methaangas.

De eerste auteur van het artikel in Nature Microbiology is onderzoeker Dimitri Sorokin, die zowel aan de TU Delft werkt als aan het Winogradski-Instituut voor Microbiologie van de Russische Academie van Wetenschappen in Moskou. ‘Dimitri bestudeert de microbiologie van sodameren in Siberië’, vertelt coauteur en collega prof. Mark van Loosdrecht uit Delft. ‘De organismen die Dimitri heeft ontdekt, groeien optimaal bij temperaturen van 50-55 graden Celsius en bij een pH van 10 in en geconcentreerde zoute soda-oplossing. Ze zetten gemethyleerde organische verbindingen om in methaangas. Deze ontdekking biedt nieuw inzicht in de evolutie van leven op aarde en in de extreme omstandigheden waaronder micro-organismen kunnen groeien.’

Biogas

In de toekomst zouden deze pas ontdekte organismen ook een rol kunnen spelen bij de productie van methaan uit organisch afval. Het grote voordeel is dat bij de hoge pH-waarde de CO2 in de oplossing blijft. Er wordt dus methaangas/aardgas geproduceerd en geen biogas (dat CO2 bevat). Tegenwoordig moet biogas nog worden bewerkt voordat het dezelfde kwaliteit heeft als aardgas en geschikt is voor gebruik in gasnetwerken. Dit proces kost veel energie.

Nieuwe klasse

Dimitri Sorokin: ‘De afgelopen jaren is het methylreducerende reactiepad voor methaanproductie een belangrijk thema geworden in dit onderzoeksgebied. Dit hybride metabolisme is aangetroffen in diverse methanogenen (methaan producerende micro-organismen). In dit metabolisme is alleen de laatste van klassieke zeven stappen aanwezig. Het is al lang geleden ontdekt in twee methanogenen, maar werd beschouwd als een onbelangrijke curiositeit. Maar nu is duidelijk geworden dat het minstens net zo belangrijk is als de andere klassieke methaanproductie routes.

Tot nu toe was er echter nog maar één organisme dat dit reactiepad uitvoert, in een zuivere cultuur geïsoleerd en gekarakteriseerd. We hebben nu in hyperzoute sodameren deze organismen aangetroffen die tot een nieuwe klasse Archaea lijken te behoren. Deze methanogenen zijn extreem halo(-alkali)fiele en gematigd thermofiele organismen en groeien onder condities waar elke normale bacterie direct zou sterven’, aldus Sorokin.

Aan de haak

‘De afgelopen vijf jaar heb ik extremofiele methanogene micro-organismen in sodameren onderzocht. Dit is een uniek type zoutmeer met een zeer hoge oplosbaar-carbonaatalkaliniteit met een constante hoge pH van rond de 10. Toen we in 2012 activiteit testen uitvoerden met sedimenten, vonden we organismen die niet reageerden op de toevoeging van typisch methanogene substraten. Het jaar daarna manipuleerde ik de incubatiecondities en kreeg ik uiteindelijk waar ik naar zocht. Het was in dat stadium al duidelijk dat ik iets heel ongewoons aan de haak had geslagen.’

Volgende stap

‘De volgende stap was dat ik probeerde deze organismen te kweken. Toevoeging van sedimentsuspensie uit dezelfde meren resulteerde in een explosieve vorming van methaan. Verdere pogingen om de sedimenten te vervangen door minder exotische verbindingen lieten zien dat de cultuur kan worden gekweekt met toevoegingen van co-enzym M, een kleine hoeveelheid gistextract en colloïdaal FeS, boven op MeOH/formiaat als de belangrijkste substraten.’

‘Uit lichtmicroscopie bleek dominantie van minuscule cocci die bij de hoogste vergroting nauwelijks zichtbaar waren, en dat suggereerde dat zuivering door filtratie mogelijk zou kunnen zijn. En het werkte! Met deze aanpak hebben we in twee jaar tijd elf zuivere culturen geïsoleerd uit diverse sodameren.’