Stroom uit het riool: bacteriën halen energie én voedingsstoffen uit afvalwater

Er zit meer power in onze ontlasting dat je denkt: we spoelen namelijk elke dag een enorme lading hoogenergetisch spul door het toilet, blijkt uit een nieuwe overzichtsstudie. Ons wereldwijde afvalwater bevat genoeg chemische energie om de output van honderd kerncentrales te evenaren.

Deze energie kunnen we, samen met een aantal waardevolle voedingsstoffen, terugwinnen uit afvalwater door bacteriën voor ons te laten werken. We dragen op deze manier bij aan schoon drinkwater, duurzame landbouw en lagere energiekosten. Rioolwater kan zelfs een sleutelrol spelen bij het halen van internationale duurzaamheidsdoelen, schrijven Europese onderzoekers.

Een oceaan aan verspilde energie

Wereldwijd produceren we jaarlijks zo’n 359 miljard kubieke meter afvalwater, genoeg om het Meer van Genève vier keer te vullen (al zullen de lokale bewoners daar niet erg blij mee zijn). Ongeveer de helft hiervan wordt ongezuiverd geloosd. De rest wordt gerecycled, vaak tegen hoge kosten. Afvalwater is afkomstig van huishoudens, de industrie en voedselverwerking. Het zit vol organisch materiaal en nutriënten zoals stikstof en fosfor. En laten dat nou precies de stoffen zijn waar de kunstmestproductie op draait.

“Wereldwijd bevat ons afvalwater meer dan 800.000 gigawattuur aan chemische energie. Dit is vergelijkbaar met de jaarlijkse productie van honderd kerncentrales”, vertelt hoofdonderzoeker Uwe Schröder van de University of Greifswald. “Daarnaast kunnen we ongeveer 11 procent van de wereldwijde ammoniakvraag en 7 procent van de fosfaatvraag dekken als het ons lukt om de nutriënten uit het afvalwater terug te winnen.” Met andere woorden: we spoelen niet alleen smerig water door het putje, maar ook een enorme hoop energie en meststoffen.

Bacteriële energiecentrales

De oplossing ligt bij zogeheten microbiële elektrochemische technologieën (MET’s). Die maken gebruik van elektrogene bacteriën: dit zijn micro-organismen die elektronen afstaan aan hun omgeving. Sluit je ze aan op elektroden in een brandstofcel, dan ontstaat een elektrische stroom. Microben worden al gebruikt in afvalwaterzuivering via anaerobe vergisting. Maar die methode zet slechts zo’n 28 procent van de chemische energie om in elektriciteit.

In laboratoria halen MET’s rendementen tot 35 procent en ze kunnen worden geïntegreerd in bestaande installaties. In theorie zou de opgewekte energie zelfs kunnen bijdragen aan het draaiend houden van de watersector zelf, die momenteel verantwoordelijk is voor ongeveer 4 procent van het wereldwijde energieverbruik.

Van drol naar grondstof

Bacteriën zijn ook een kei in het verwijderen van stikstof- en fosforverbindingen uit het afvalwater. En dat is belangrijk, want de productie van kunstmest is energie-intensief en belastend voor het milieu. Door deze stoffen terug te winnen, sla je twee vliegen in één klap: je hergebruikt waardevolle grondstoffen en voorkomt watervervuiling. Voedselrijk afvalwater kan bijvoorbeeld algenbloei veroorzaken, waarbij vissen sterven door zuurstoftekort.

“Dit zijn waardevolle chemicaliën. We kunnen het ons niet veroorloven om ze weg te gooien”, vertelt onderzoeker Elizabeth Heidrich van Newcastle University. “Nadat de bacteriën hun magische werk hebben gedaan, kan het water worden hergebruikt, bijvoorbeeld voor irrigatie of industriële koeling. Het kan zelfs drinkwater worden met wat extra zuivering.”

Festivals en ontwikkelingslanden

De technologie werkt, dat blijkt duidelijk uit de praktijktests. Tijdens het Britse Glastonbury Festival werd in 2015 al een door urinestroom aangedreven systeem getest dat de lichten brandende hield in de toiletgebouwen. Inmiddels lopen er veldproeven in onder meer Oeganda, Kenia en Zuid-Afrika.

“De afgelopen twintig jaar zijn we van het begrijpen van de microbiële black box naar modulaire, opschaalbare systemen met echte impact gegaan”, zegt onderzoeker Deepak Pant van de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO). “Technisch is het haalbaar. De volgende stap is om het systeem schaalbaar te maken. We willen de concurrentie aangaan met traditionele zuivering.”

Wereldwijd hebben ongeveer 3,5 miljard mensen geen toegang tot goede sanitaire voorzieningen. Rioolwater is een groot probleem in deze regio’s. Volgens wetenschapper Ioannis Ieropoulos van de University of Southampton kunnen deze technologieën van een nood een deugd maken. Er zijn nog allerlei obstakels te overwinnen, zoals strenge regelgeving rond hergebruik van afvalstoffen, technische uitdagingen bij langdurige toepassing en het vinden van investeerders. Toch is het hergebruik van afvalwater nu al een van de mooiste voorbeelden van de circulaire economie.

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Een veelvoorkomende bodemschimmel kan fosfor halen uit industrieel afval en Onderzoekers komen met een warmtebatterij die volledig van biologisch afval is gemaakt. Of lees dit artikel: Deze batterij draait op suiker en vitamine B2 en kan energieopslag veiliger maken.

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: