Nieuwe wegen naar stikstofrecuperatie

Onderzoek aan Universiteit Gent kan leiden naar nieuwe wegen om kunstmest, voeder en voeding te maken, met afvalwater als vertrekpunt.

Voor de fabricage van veel kunstmeststoffen is stikstof nodig. Dat komt van ammoniak dat wordt gesynthetiseerd door het Haber-Bosch-proces. Dat proces gebruikt daarvoor stikstof uit de atmosfeer en voegt zeer veel van broeikasgas CO₂ toe aan de atmosfeer. Met de kunstmest zijn dan gewassen te telen waarvan proteïnes zijn te maken, hetzij plantaardige, hetzij via de omweg van veevoer waardoor dierlijke proteïnes ontstaan.

Alternatieve methodes

Er is veel onderzoek naar alternatieve methodes voor het Haber-Bosch-proces, onder meer omwille van de broeikasgassen die daarbij vrijkomen. Dat gebeurt ook aan Universiteit Gent. Onderzoekers daar trachten stikstof te recupereren uit afvalwater met een hoge concentratie stikstof en dat om te zetten naar microbieel proteïne. Dat zou ook als voordeel hebben dat het minder landoppervlak vergt dan de productie van bijvoorbeeld dierlijke proteïnes. Dr. Marlies Christiaens: “Het microbiële proteïne dat we bekomen, is nu al op de Belgische markt en wordt verkocht als ingrediënt voor voeding en voeder. Maar wij produceerden het in ons onderzoek uit urine, terwijl dat op de markt van andere bronnen komt.”

In hun streven stikstof uit urine, als voorbeeld van stikstofrijk afvalwater, te halen, koppelden zij en haar collega’s in 2017 aan een elektrochemische cel een stripkolom. In 2018 koppelden ze aan een elektrochemische cel nu eens geen stripkolom, maar een gasmembraan. Uiteindelijk besloten ze dat beide systemen ongeveer even snel en grondig stikstof uit urine verwijderen. Maar met membranen is de stikstofrecuperatie dubbel zo groot, terwijl slechts de helft zoveel energie nodig is.

“Het microbiële proteïne dat we bekomen, is nu al op de Belgische markt en wordt verkocht als ingrediënt voor voeding en voeder.”

Micropolluenten en bacteriën

De onderzoekers brachten een fluorescerende versie van de bacterie E.coli, die typisch is voor uitwerpselen, in de urine om na te gaan hoe die zich in de twee systemen gedroeg. In de stripkolom waren, na 24 uur wachten, verhoogde hoeveelheden van die bacterie terug te vinden, maar niet in de membraanstripreactor.

In de urine, gaan ze verder, kunnen als micropolluenten vooral farmaceutische producten en hun metabolieten zitten, en soms ook weekmakers uit plastic. Om na te gaan of hun systeem die eruit zou verwijderen, voegden de onderzoekers zes van die micropolluenten toe aan urine en volgden die op. Ze vonden er geen terug na verwerken ervan. Marlies Christiaens: “Door een membraan te gebruiken in plaats van een stripkolom, worden de meeste micropolluenten en bacteriën dus tegengehouden.”

De snelheid en mate waarmee membraanstrippen het stikstof verwijdert, kunnen volgens haar nog vergroten door de ammoniakdampdrukgradiënt of het contactoppervlak van het membraan te vergroten.

Andere technieken

Een voordeel van kolom- en membraanstrippen tegenover andere methodes om stikstof uit afvalwater te halen, zou zijn dat er geen behoefte meer is chemicaliën toe te voegen wat die in potentie goedkoper, veiliger en betrouwbaarder maakt, besluiten de onderzoekers. Maar die twee technologieën zit dus nog in een onderzoeksfase.

Voor meer info: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135418310017.

Door Koen Vandepopuliere

Foto Marlies Christiaens

www.ugent.be