Er zijn wereldwijd een miljard mensen die nog altijd geen toilet hebben en noodgedwongen hun behoefte doen in de buitenlucht. Daarbij hebben 650 miljoen mensen geen toegang tot schoon drinkwater, met alle gevolgen van dien. Semilla Sanitation Hubs hoopt binnenkort voor beide problemen een oplossing te kunnen bieden. De Enlightenmentz of the Year verkiezing is bedoeld om producten en processen die de groene industriële revolutie kunnen veroorzaken een duwtje in de rug te geven.

Het team van Semilla Sanitation Hubs werkte de afgelopen vijf jaar aan een sanitaire unit waarin mensen uit rampgebieden, vluchtelingenkampen en ontwikkelingslanden naar het toilet kunnen én hun handen kunnen wassen. Met deze innovatie werkt het team mee aan groot doel van de Verenigde Naties: in 2030 moet iedere burger op deze wereld toegang hebben tot schoon drinkwater en een toilet. Dat maakt het idee van Semilla Sanitation Hubs uitermate geschikt voor een nominatie in de finale van de Enlightenmentz of the Year verkiezing in de categorie Social. De winnaars worden tijdens Het Nieuwe Produceren congres op 19 april bekendgemaakt.

Hoe is het idee voor een sanitaire unit ontstaan?

Peter Scheer is oprichter van Semilla Sanitation Hubs en bedenker van het concept. Volgens hem vielen er drie momenten samen, die maakten dat het idee kon worden geboren. ‘Ik hield mij al een tijd bezig met vertical farming en het telen van planten zonder zonlicht. Hierdoor kwam ik in contact met ESA, die dit concept vanuit de ruimte naar aarde wil brengen. Tegelijkertijd werd mijn aandacht getrokken door ISIS, die op dat moment een grote groep burgers wist af te sluiten van de buitenwereld. Ik vond dat zo erg. Het idee dat wij het hier zo goed hebben in Europa en dat er daar 50.000 mensen omkomen van de honger. Toen had ik een moment van: hier moeten we iets op bedenken. Zodoende ontstond het idee voor een container, die je gewoon op iedere plek kan droppen. Iets waar al een toilet in zit en waar je tegelijkertijd water in kan zuiveren, zodat je bijvoorbeeld ook groenten kan telen. Het idee was natuurlijk heel makkelijk bedacht, want dat wil toch iedereen? Niet veel later was ik aanwezig bij een Smart City Event in de Arena, en moest ik even naar de wc. Toen ik stond te plassen dacht ik: wat zou het toch mooi zijn als hier achter de muur een systeem zou zitten dat mijn plas zuivert en het gezuiverde water vervolgens op het veld van Ajax sproeit. Uiteindelijk vielen die drie momenten samen in één concept.’

Wat is het idee achter de sanitaire unit?

‘Je hebt grijs, geel en zwart afvalwater. Dat staat voor waswater/douchewater, urinewater en water met fecaliën. De drie technieken die nodig zijn om deze soorten afvalwater te zuiveren, ben ik gaan koppelen aan mijn teeltervaring. Zodoende zijn we gaan kijken hoe we menselijk afvalwater zodanig kunnen behandelen dat we het direct, op dezelfde plek, kunnen omzetten naar basisstoffen voor het maken van voedsel. Naast deze basisstoffen houden we ook schoon water over, wat in principe kan worden gebruikt als drinkwater. Maar de acceptatie daarvoor is nog niet zo groot.’

Kort gezegd: in de container kunnen mensen hun behoefte doen. Dit wordt opgevangen en direct gezuiverd door een installatie die ook in de container aanwezig is. Als het zuiveringsproces compleet is, kunnen bepaalde stoffen direct worden gebruikt voor de landbouw en schoon water kan direct uit de kraan worden getapt. En dat alles zonder dat er water uit de grond hoeft te worden gepompt. Uiteindelijk moet het mogelijk worden om uit urinewater plantmeststoffen en irrigatiewater te winnen. Uit wastafel- en douchewater kan vers spoelwater voor toiletten worden gemaakt. En uit fecaliën kan het zuiveringssysteem compost en loosbaar water produceren.

Hoe testen jullie het concept?

‘We werken samen met Innofest, een organisatie die helpt bij het testen van innovaties. Zij staan in contact met de organisaties van acht vooraanstaande festivals in Nederland, waardoor het mogelijk wordt innovaties te testen onder een grote groep mensen. Zodoende hebben we begin dit jaar voor het eerst ons prototype getest op Eurosonic Noorderslag. En komend paasweekend gaan we de tweede test doen op het DGTL (digital red.) Festival in Amsterdam.’

En, zijn jullie blij met de eerste resultaten?

‘Het ging super goed. De toiletten werkten, dus dat was sowieso fijn. En we hebben nu al veel geleerd over hoe je de urine op een snelle of langzame manier kan omzetten naar meststoffen. Zodoende gaan we tijdens het DGTL Festival nog een stap verder door ook het handenwaswater direct te zuiveren, zodat dat kan worden gebruikt als spoelwater. Dan heb je gelijk een kostenbesparing gerealiseerd. Maar dat is uiteindelijk niet ons doel. We willen natuurlijk iets bijdragen aan de leefomgeving van mensen in kwetsbare gebieden.’

Zijn er al partijen geïnteresseerd in jullie product?

‘Er zijn zeker partijen geïnteresseerd, maar ‘seeing is believing’. We zijn nu dus ook bezig met een fondsenwerving zodat we straks drie units klaar hebben om de drie verschillende soorten afvalwater te kunnen behandelen. Hierbij is het vooral belangrijk dat we inspelen op zwart water. Vanuit het Rode Kruis en de Verenigde Naties is daar namelijk grote vraag naar, omdat zeker in rampgebieden veel dik zwart water aanwezig is. Als we daarvoor de juiste unit kunnen maken, zal de afname van containers zeker groot zijn.’

Waarom moet Semilla Sanitation Hubs de Social Enlightenmentz winnen?

‘Nog steeds gaan er dagelijks mensen dood aan het drinken van vervuild water. Met ons concept willen we een hand bieden, ketens korter maken, en zorgen dat iedereen zo snel mogelijk kan gaan zuiveren. Enerzijds om water te besparen, maar anderzijds om water te hergebruiken. Het bieden van hygiëne is één, maar het bieden van een toekomst is twee. En met ons systeem kan je ook direct voedsel produceren waardoor je een bestendig leven kan opbouwen. De community-gedachte.’

Met het project RINEW onderzoeken vijf organisaties of het mogelijk is om de (afval)waterkringloop te sluiten door middel van hergebruik. De partijen willen decentraal nutriënten, energie en water uit afvalwater halen. Naast het terugwinnen van grondstoffen wordt ook naar de toepasbaarheid van deze stoffen gekeken. Het RINEW project staat in de finale van de Enlightenmentz of the Year verkiezing in de categorie project. De winnaars worden tijdens het Duurzaam Geproduceerd congres op 20 januari bekend gemaakt.

Een Project Enlightenment is een industriële investering met duidelijke verduurzamende doelstellingen. Door te investeren in een nieuwe installatie wordt bijvoorbeeld structureel veel water of energie bespaard of komt een grote CO2-reductie tot stand. Het project kan ook de footprint verlagen door gebruik van duurzamere grondstoffen.

Wat is het?
RINEW staat voor Rotterdam Innovative Nutrients Energy and Watermanagement en is een samenwerking tussen Evides Waterbedrijf, Hoogheemraadschap van Delfland, Waterschap Hollandse Delta, Hoogheemraadschap van Schieland en de Krimpenerwaard en Gemeente Rotterdam. Hiermee willen de partijen een nieuw concept neerzetten om te kijken of er anders met afvalwater omgegaan kan worden. Projectleider en procestechnoloog Han van de Griek: ‘Nu gaat afvalwater allemaal naar een centrale afvalwaterzuivering. Daar wordt het schoongemaakt om het vervolgens op oppervlaktewater te lozen. Ons concept is om afvalwater decentraal te zuiveren en de nutriënten, energie en het water ter plekke weer te gebruiken.’

In 2013 startte RINEW als onderzoeksproject op de afvalwaterzuivering Harnaschpolder in Den Hoorn. Hier is onderzocht hoe de stoffen kunnen worden teruggewonnen uit het afvalwater. Inmiddels wordt het onderzoek in de praktijk toegepast op het terrein van stadslandbouwbedrijf ‘Uit Je Eigen Stad’ in Rotterdam. In de toekomst kan zo’n decentrale afvalwaterzuivering worden gebruikt in woonwijken waar wonen en werken worden gecombineerd. In de tussentijd wordt ook gekeken of dergelijke hergebruik concepten op de afvalstromen van huidige installaties kunnen worden toegepast.

Wat wordt er uit het afvalwater gehaald?
RINEW focust zich op het terugwinnen van cellulose (wc-papier), humuszuren, fosfaten, stikstof, biogas en water. Deze stoffen worden met behulp van scheidingstechnieken zoals vlokken en membraanfiltratie uit het afvalwater gehaald. Van de Griek: ‘Als we de stoffen er uit hebben gehaald kijken we naar de kwaliteit en de toepasbaarheid.’

Wat kan je doen met de stoffen die jullie uit het afvalwater halen?
Er zijn al ideeën van wat er met de stoffen kan gebeuren. Zo kan cellulose worden gebruikt om de structuur van asfalt te verbeteren. En in combinatie met schimmels kan het als isolatiemateriaal worden gebruikt. Van de Griek: ‘Door middel van schimmeldraden kan je het cellulosemateriaal aan elkaar vergroeien. Ook testen we op het kationiseren van cellulose. Dan geven we cellulose een positieve lading waardoor we het als vlokmiddel kunnen gebruiken. Dus op je afvalwaterzuiveringsinstallaties kan je het afval dan vlokken met je teruggewonnen cellulosemateriaal.’

Het teruggewonnen humuszuur is interessant voor boeren, want het zorgt ervoor dat planten beter in staat zijn om nutriënten op te nemen en water vast te houden. Boeren hebben minder kunstmest nodig doordat de planten dankzij het humuszuur met minder stikstof en fosfaat dezelfde opbrengst genereren. Het fosfaat ten slotte kan weer in de industrie worden gebruikt. Van de Griek: ‘Fosfaten zijn eindig, eerder dan olie. Daarom moeten we naar andere bronnen toe en afvalwater is er daar één van.’

Zoeken jullie samenwerking in de keten?
Van de Griek: ‘We zijn bezig om samenwerking in de keten te ontwikkelen, we zijn allemaal verantwoordelijk voor het product water. De gemeenten zijn verantwoordelijk voor wat er in het riool verdwijnt en het onderhoud van het riool. De waterschappen zijn verantwoordelijk voor de kwaliteit van het water na zuivering wat ze op het oppervlaktewater lozen. Wij pakken dat gezuiverde water uit de Maas en maken er weer drinkwater van. Je ziet dat we het niet alleen kunnen, we zijn erg afhankelijk van de andere partijen. We zien nu allemaal steeds meer het belang om samen te werken in plaats van dat iedereen zijn eigen ding doet.’

Waarom moet Evides de Project Enlightenmentz winnen?
Van de Griek: ‘Dit is heel erg actueel en treft iedereen. We streven naar een beter milieu en een circulaire economie waar de grondstoffen worden hergebruikt. Met ons project willen we de CO₂-footprint drukken. Met ons concept heb je geen transporten van stoffen meer nodig over de hele wereld, maar kan je alles lokaal verkrijgen.’

Met het Power to Protein-concept kunnen uit grondstoffen die in ons afvalwater aanwezig zijn op een efficiënte wijze eiwitten worden gemaakt. Daarvoor worden speciale bacteriën ingezet die via biosynthese uit waterstof, zuurstof, kooldioxide en ammonium hoogwaardige eiwitten maken. Deze eiwitten kunnen in de toekomst worden gebruikt voor diervoeding en op termijn wellicht ook voor menselijke consumptie. Power to Protein is finalist in de Enlightenmentz of the Year verkiezing in de categorie process. De winnaars worden tijdens het Duurzaam Geproduceerd congres op 20 januari bekend gemaakt.

Een Process Enlightenment is een innovatieve technologie die hele productieprocessen en zelfs hele ketens kan verduurzamen, met een grote positieve impact op de mens en het milieu. Een nieuw proces dat bijvoorbeeld breed inzetbaar is en veel grondstoffen, energie of water bespaart.

Wie zitten er achter?
Het onderzoek is een nauwe samenwerking tussen KWR, Avecom, Waterkracht, Waternet, AEB Amsterdam en Barentz. Waterkracht is een samenwerkingsverband van vier waterschappen, waaronder WS Vechtstromen.

Wat is het Power to Protein-concept?

Labopstelling Power to Protein.

Met behulp van bacteriën worden uit grondstoffen uit afvalwater hoogwaardige eiwitten gemaakt. De bacteriën maken een zogeheten single cell protein (SCP). Met waterstof als energiebron zijn de bacteriën in staat om uit zuurstof, kooldioxide en ammonium eiwitten te maken. Het celgewicht van deze bacteriën bestaat voor zeventig procent uit eiwit. Frank Oesterholt van KWR: ‘Het belangrijkste van Power to Protein is dat je de stikstofcyclus kortsluit. In fabrieken maken we met het Haber-Boschproces ammonium van stikstofgas en waterstofgas, wat we uiteindelijk als kunstmest gebruiken. Een deel van dat ammonium komt in de rioolwaterzuivering terecht. Daar wordt het vernietigd via nitrificatie en via denitrificatie teruggebracht naar stikstofgas. Beide processen, het Haber Boschproces aan de voorkant en nitrificatie/denitrificatie op rwzi’s, vragen ongeveer evenveel energie. Door ammonium uit de afvalwaterketen terug te winnen en in te bouwen in de eiwitten via bacteriën, sluiten we dus niet alleen de kringloop, maar besparen ook veel energie.’

In de labopstelling van vijf liter bij Avecom in Gent werkt het concept. ‘We hebben dat nu opgeschaald naar een reactor van zo’n vierhonderd liter en daar gaan we binnenkort onderzoek mee doen. Hiermee kunnen we een kilo eiwit per dag produceren.’ De reactor is speciaal voor dit project gebouwd. Oesterholt: ‘Waterstof is een explosief goedje. Daarom hebben wij samen met een aantal experts een reactor ontworpen en gebouwd die inherent veilig is. Er vindt nergens ophoping van waterstof plaats die zou kunnen leiden tot een explosie. We hebben ook octrooi aangevraagd op het ontwerp’.

Voordat het ammonium uit rioolwater in de reactor van Power to Protein komt, moet het er nog wel uit worden gehaald. ‘Daarvoor gebruiken we een bestaande pilot die het ammonium uit het water stript met lucht en vervolgens vastlegt als ammoniumsulfaat. Dat product gebruiken we als ammoniumbron voor de Power to Protein-reactor. Onze hypothese is dat bij dit proces geen ongewenste pathogene micro-organismen vanuit het rioolwater naar het ammoniumsulfaat worden getransporteerd. Dat willen we in het onderzoek bevestigen.

Waar kan je de eiwitten voor gebruiken?
Oesterholt: ‘Ons concept past bij de groeiende wereldbevolking, tot 9 miljard in 2050. Als we in de toekomst iedereen willen voeden, dan moet dat anders dan we nu met onze intensieve landbouw en het eten van eiwitten uit vlees en vis doen. Je kunt je afvragen of je dat op een duurzame manier kunt blijven doen. Met ons concept kunnen eiwitten uit afvalwater uiteindelijk worden gebruikt voor dierlijke en wellicht op termijn ook voor menselijke consumptie.’

Barentz Food & Nutrition is bij Power to Protein betrokken omdat zij veel weten van het op de markt brengen van eiwitten. ‘Zij hebben ook veel kennis over het analyseren van het gevormde eiwit en hoe we het kunnen toepassen. Uiteindelijk kunnen zij ook adviseren wat het eiwit zou kunnen opleveren op de markt.’

Waar staat power voor in Power to Protein?
De waterstof die de bacteriën als energiebron nodig hebben, wordt naast de reactor met behulp van een elektrolysecel geproduceerd. En die elektrolysecel wordt met elektriciteit gevoed. Oesterholt: ‘In de toekomst willen wij dat de energie van windmolens of zonneparken komt zodat je zonne- of windenergie kan omzetten in eiwitten.’

Waarom moet het Power to Protein-concept de Process Enlightenmentz winnen?
Oesterholt: ‘We moeten echt naar andere manieren toe om aan eiwitten te komen voor consumptie. We kunnen geen bossen in Zuid-Amerika blijven kappen om op die grond soja te kweken. Als ons concept werkt, kunnen we de hele keten omgooien. Ons concept zal de eiwitten zoals we die nu verkrijgen nooit honderd procent vervangen, maar als het een groot deel vervangt, is dat al een substantiële wijziging.