Niet elk land heeft zo’n intieme relatie met water als Nederland. Meerdere grote rivieren stromen als aders dwars door het land en voeden ons land met water uit berggebieden, die zo ver weg liggen dat ze onzichtbaar zijn aan de vlakke Nederlandse horizon. Over regen klagen we in Nederland veel, maar 800 millimeter schoon regenwater vult wel elk jaar de grondwaterstanden aan. We sturen het water heen waar we willen, verplaatsen het als we liever ergens een nieuw eiland willen. Wanneer de golven te hoog worden, houden de Deltawerken het water tegen. In Avatar-wereld zou Nederland een Waterstam zijn.

‘Verzeker toegang tot duurzaam beheer van water en sanitatie voor iedereen’, zo luidt Sustainable Development Goal #6 (SDG 6) van de Verenigde Naties. In Nederland zit dat dus wel snor, zou je denken. Maar vergis je niet: onze grondwaterproductie zit al tegen een plafond aan, en zowel de kwaliteit als de kwantiteit van ons oppervlaktewater is afhankelijk van de grote rivieren, die allemaal onder druk staan. De aanvoer van zowel regen- als rivierwater wordt steeds grilliger, dus droogte en tijdelijke watertekorten liggen op de loer. Daar hebben we weinig tot geen ervaring mee. “Waterschaarste was gewoonlijk een onderwerp voor landen in het globale zuiden en ook in mediterrane landen”, zegt Dimitris Xevgenos, universitair docent circulaire watersystemen & duurzaamheid aan de TU Delft. “Dat is nu niet meer het geval. We zien problemen als droogte en waterschaarste nu ook in landen als Nederland en Duitsland.” We moeten dus op zoek naar nieuwe bronnen van water.

Alternatieve waterbronnen

Hoe fijn zou het zijn als we onze waterlandkennis kunnen ruilen tegen kennis over alternatieve waterbronnen? Het WATER-MINING-project is een goed voorbeeld van hoe zoiets eruitziet. Iets meer dan vier jaar lang werkten 39 organisaties, zowel publiek als privaat, uit 12 verschillende Europese landen samen. Het is een bont gezelschap: universiteiten uit onder meer Italië, Engeland, Spanje en Griekenland, bedrijven in alle soorten en maten als Royal HaskoningDHV en Nobian, kennisinstituten als Wetsus uit Leeuwarden, de Europese Unie en nog veel meer – allemaal onder de bezielende leiding van onze eigen TU Delft.

Het kerndoel van water mijnen is om bruikbaar water te produceren uit alternatieve bronnen, zoals zeewater of afvalwater. Dat gebeurt op sommige plekken, zoals in Cyprus, al best veel, maar het WATER-MINING-project gaat een stap verder: er wordt niet alleen schoon water geproduceerd, maar de stoffen die in eerste instantie het water ondrinkbaar maken, worden meteen omgevormd tot een waardevolle grondstof. Twee vliegen in één circulaire klap: je haalt waardevolle grondstoffen uit het water en wat je overhoudt, is schoon of in elk geval schoner water.

Cyprus

Het WATER-MINING-project behandelde verschillende casussen in Europa, waaronder Cyprus. Duurzame en circulaire waterproductie kunnen ze daar goed gebruiken: het is (samen met Malta, de andere eilandstaat in de Middellandse Zee) het meest ‘waterarme’ land van Europa. Dat komt doordat hun grondwaterbronnen flink zijn uitgeput: er is steevast meer water opgepompt dan jaarlijks wordt aangevuld door regenwater. Bovendien komen er ook steeds meer en meer toeristen naar Cyprus, die aan het zwembad willen liggen of willen golfen op een strak groen grasveld. Daarmee stijgt de watervraag. Een gemiddelde toerist verbruikt tijdens zijn verblijf zo’n 400 liter water per dag, vier keer meer dan thuis.

Xevgenos was projectmanager en innovatiemanager voor het WATERMINING-project en benadrukt het belang van dit project voor zowel Cyprus als Nederland: “In Cyprus komt nu al tot 70 procent van het drinkwater uit zout water via ontzilting. Dat is in Nederland nagenoeg nul, omdat we hier nu nog voldoende oppervlaktewater en grondwater hebben. In Cyprus wordt bijna 100 procent van al het afvalwater uit stedelijke gebieden gebruikt voor agricultuur. Ook dat is bij ons 0 procent. Nederland loopt dus achter; we hebben veel te leren van Cyprus. Aan de andere kant hebben we hier veel ervaring met circulaire watertechnologie, zoals het produceren van nuttige grondstoffen uit afvalwater. Dit project is echt een win-win voor beide landen.”

Cyprus produceert dus al een hoop drinkwater uit zeewater, en zeewater genoeg, zou je denken, voor een eiland midden in de Middellandse Zee. Het is de heilige graal in watertechnologie, zeewater gebruiken: plusminus 97 procent van al het water op aarde is immers zout. Als we dat toch eens makkelijk konden drinken … Zo simpel is het helaas niet. Xevgenos: “Drinkwater maken uit zeewater kost veel energie en is dus duur: 1000 liter drinkwater produceren kost 3,5 kWh aan stroom.” Ter vergelijking: een gemiddeld huishouden verbruikt in Nederland zo’n 275 liter drinkwater per dag. Als je al dat water uit zeewater zou moeten produceren, zou je stroomrekening 15 procent hoger zijn. “We kunnen dat stroomverbruik nog best iets lager krijgen met innovatie, maar er zit een thermodynamisch limiet aan, een natuurkundige grens waar we niet onder kunnen. Het zal dus altijd veel energie blijven kosten.”

Nog een nadeel van ontzilting van zeewater: naast schoon drinkwater houd je ook heel zout water over, pekel genaamd. Dat wordt normaal gesproken weer in de zee gedumpt. Xevgenos en zijn team ontdekten in dit project dat de pekel belangrijke en kwetsbare ecosystemen aantast. “Je kunt de pekel zien als een soort deken van zout, twee keer zo zout als het zoute water zelf. Dat valt boven op zeegrasvelden, belangrijke ecosystemen vol met leven, die daardoor kunnen worden aangetast.”

Businesscase

Maar ondanks de hoge kosten en de uitstoot moet Cyprus drinkwater produceren uit zout water. Dat proces efficiënter maken zou dus enorm veel opleveren voor het eiland. De watermining-oplossing is natuurlijk circulair. Xevgenos: “We zijn eerst naar Lampedusa gegaan, een eiland in Italië, waar we de technologie uitprobeerden bij een lokaal energiestation. Daar is het ons gelukt om drinkwater te produceren uit zeewater, waarbij 90 procent van het water en zo goed als alle mineralen in het water perfect gescheiden werden. Er blijft dus geen enkele schadelijke stof over. Dat was een groot succes.” Uit het zoute water wordt bijvoorbeeld keukenzout geproduceerd, maar ook duurdere grondstoffen: zoutzuur, magnesiumhydroxide, calciumhydroxide, natriumhydroxide en nog veel meer. Dat zijn allemaal waardevolle stoffen die zijn te verkopen aan bijvoorbeeld de chemische industrie, waardoor ontziltingsinstallaties aantrekkelijker worden. “Met deze technologie fiksen we problemen rondom waterschaarste én verminderen we de afhankelijkheid van de Europese Unie op het importeren van grondstoffen. Circulariteit draagt dus actief bij aan weerbaarheid van watersystemen.”

Uiteindelijk is de noodzaak voor een businesscase de realiteit. Technologieën kunnen in het lab nog zo goed werken om drinkwater te produceren, maar er zijn altijd verschillende organisaties nodig om de gigantische stap van het lab naar de echte wereld te maken. Daar zitten ook bedrijven bij en die moeten winst maken om te overleven. In Cyprus is geen markt voor alle grondstoffen die bij ontzilting gewonnen worden, wat wel noodzakelijk is voor lokale overheden om te investeren in circulaire ontzilting. Er is gelukkig één grondstof uit het zeewater, natriumhydroxide, dat op Cyprus goed is te gebruiken. Vooralsnog blijven alle andere grondstoffen in de pekel over, totdat er ook voor die grondstoffen een afzetmarkt op Cyprus is.

Toch is de oplossing een groot succes, aldus Xevgenos. “We hebben een eiland met zeshonderdduizend inwoners geholpen om goedkoper en een klein stukje meer circulair drinkwater te produceren. Opschalen vereist altijd zo’n niche in de markt, ook om investeerders aan te trekken. Ondertussen hebben we ontzettend veel kennis opgebouwd, veel wetenschappelijke artikelen gepubliceerd, patenten aangevraagd, wetenschappers in spe hebben hun PhD gehaald, we hebben op beleidsvlak ook veel winst behaald en er zijn een aantal bedrijven geïnteresseerd om onze circulaire technologieën op te schalen. Dus ja, ik ben erg blij met de resultaten.”