Van afvalwater naar voeder
Van afvalwater naar voeder
Zeg niet afval, maar grondstof. Dat geldt ook voor afvalwater afkomstig van de voedingsindustrie. De bio-ingenieurs aan Universiteit Antwerpen willen daarmee, na een tussenstap, bacteriën kweken als eiwitbron voor dierenvoeder.
Tussen veld en vork gaat heel wat voedsel verloren. Ook afvalwater afkomstig van de voedingsindustrie bevat nog heel wat waardevols, zoals stikstof en fosfor. Misschien kunnen we daar wel bacteriën op kweken, die een eiwitrijke biomassa vormen als ingrediënt voor dierenvoeder.
Tweetrapsinstallatie
Een hindernis om dierenvoer van afvalwater te maken, is dat zo’n water tal van complexe organische stoffen bevat zoals polysacchariden, eiwitten, vetzuren, suikers, DNA en polyfenolische structuren, en dat bovendien de hoeveelheden daarvan continu fluctueren. Bio-ingenieurs aan de Universiteit van Antwerpen zien een oplossing in een installatie met twee stappen. De eerste zet de complexe organische stoffen anaeroob (dus zonder zuurstof) om in makkelijk opneembare, vluchtige vetzuren. In een tweede worden die vetzuren geserveerd aan bacteriën die zich daarmee volvreten, en zo op den duur een eiwitrijke biomassa vormen. Wat dat betreft, hebben purper niet-zwavel bacteriën heel wat potentieel. De Antwerpse onderzoekers gaan na hoe die het doen op vluchtige vetzuren die gemaakt zijn van brouwerijafvalwater.
Techniek
Een doctorandus aan UAntwerpen is ir. Abbas Alloul. Hij legt uit hoe zo’n systeem met twee stappen er in de praktijk kan uitzien. “De eerste stap is gewoon een fermentatie. Daarvoor kan je een UASB-reactor gebruiken, of een verzuringstank, die vaak al aanwezig is. Vandaag wordt brouwerijafvalwater vergist, zodat methaan ontstaat dat daarna wordt afgefakkeld of gebruikt voor energie. Wij kiezen voor een meer circulair alternatief: het is beter om de methaanvorming stop te zetten, voor vetzuren te gaan en purperbacteriën te kweken. Die houden van vetzuren en kunnen daarop heel selectief groeien.”
“Alle afvalwatertypes van de voedingsindustrie komen in aanmerking: dat is niet fecaal gecontamineerd en heeft een hoge COD.”
Na die eerste stap volgt de tweede: een fotobioreactor met purperbacteriën in. In een vroegere fase van zijn onderzoek gebruikte Abbas Alloul daarvoor een tubulaire opstelling: een transparant pvc-buizensysteem dat ook wordt gebruikt om algen op te kweken, in zonlicht.
Rhodobacter capsulatus
De bio-ingenieur ontdekte dat een mengsel van de vetzuren acetaat, propionaat en butyraat de purperbacteriën het best deed groeien: 1,3 à 2,5 keer sneller dan op een afzonderlijk vetzuur. Dat is goed nieuws, want vetzuren die zijn ontstaan uit afvalwater van de voedingsindustrie, zullen allicht eveneens een mengsel zijn. Via die tussenstap bleken de purperbacteriën zelfs bijna alle COD, dus vuilvracht, uit het afvalwater in biomassa om te zetten.
Van de zes types purperbacteriën die hij onderzocht, bleek Rhodobacter capsulatus de snelste groeier. Hij stelde ook vast dat de purperbacteriën een opvallend korte slibverblijftijd aankonden van zelfs vijf uur. Het deed de concentratie aan microbiële biomassa in de reactor zelf dalen, maar de totale productie aan biomassa door het systeem nam erdoor toe. In de fotobioreactor leverde Rhodobacter capsulatus 1,7 gram drooggewicht per liter, per dag op.
Van tubulair naar racewayreactor
Dan keek Abbas Alloul naar het financiële plaatje voor een belasting van 2.427 kg COD per dag, met het tubulair systeem als fotobioreactor. Dat toonde aan dat een slibverblijftijd van een halve dag de laagste productiekosten opleverde: 10 euro per kilo drooggewicht (met gelijk aandeel voor capex en opex). “Maar de investerings- en energiekosten voor een tubulair systeem zijn groot”, geeft hij aan. “Daarom werken we intussen, met een racewayreactor, een soort van vijver met continue circulatie. De investeringskost van een racewayreactor is ongeveer honderd keer lager en de energiekost 600 keer lager. Daarin zijn de omstandigheden voor purperbacteriën wel minder ideaal dan in een tubulair systeem. We zoeken dan ook naar verschillende manieren om er de selectiviteit en productiviteit van purperbacteriën te optimaliseren.”
Ze hebben er al enkele ontdekt: onder meer doet zorgen voor een hogere volume-oppervlakteratio en ’s nachts niet roeren de concentratie purperbacteriën toenemen.
“Bij de La Trappe trappistenbrouwerij gaan we honderd tot 150 liter per dag zuiveren en daarbij eiwit produceren.”
Brouwerijafvalwater
“Alle afvalwatertypes van de voedingsindustrie komen in aanmerking: dat is niet fecaal gecontamineerd en heeft een hoge COD,” gaat de doctorandus verder. Maar op dit moment werkt hij dus met brouwerijafvalwater. De eiwitrijke massa die daaruit, dankzij de purperbacteriën in de racewayreactor ontstaat, oogst hij met een nabezinktank. Daarna passeert die massa nog een centrifuge en een sproeidroger, waarna een droog, eiwitrijk product overblijft. “Daarmee kan je bijvoorbeeld een deel van het voeder voor garnalen of siervissen vervangen. Vandaag bestaat dat uit vismeel. De eiwitmassa zou ook probiotische eigenschappen kunnen hebben. En je kan hem gebruiken als een meststof die langzaam zijn nutriënten vrijstelt, voor planten.”
En de prijs? Abbas Alloul: “Conventionele eiwitten zoals vismeel worden aan ongeveer één à twee euro per kg drooggewicht verkocht. Met een racewayreactor komen we nu aan vijf à zes euro per kilo drooggewicht. Dat is nog steeds te hoog om te concurreren, maar is toch al een reductie van twee in vergelijking met het tubulaire systeem. En intussen werken we verder aan de optimalisatie van de technologie.”
Deze zomer hebben hij en zijn collega’s een piloot van het concept geïnstalleerd in Nederland, bij de La Trappe trappistenbrouwerij. “Daar gaan we honderd tot 150 liter per dag zuiveren. Nu is het niet onze bedoeling alleen water te zuiveren, daar zijn betere, goedkopere technieken voor. Essentieel in ons onderzoek is dat we water zuiveren en daarbij ook een product produceren, in dit geval eiwit, dat een bijkomende waarde heeft. Vandaag is onze voedselketen enorm inefficiënt. Er zijn heel grote verliezen. Wij willen nutriënten in het afvalwater recupereren en terug in de voedselketen brengen, zodat een cyclisch systeem ontstaat.”
Door Koen Vandepopuliere
Foto’s Abbas Alloul
