3,8 Miljard jaar R&D

Inleiding

Waterschappen willen graag voorop lopen als het gaat om duurzaamheid en energietransitie. In 2020 willen zij minstens 40% van hun energieverbruik zelf duurzaam opwekken. Ook het terugwinnen van grondstoffen uit afvalwater staat hoog op de agenda. Om uiteindelijk 100% duurzame opwekking van de eigen energiebehoefte en 100% terugwinning van stoffen te kunnen bereiken, moeten nog grote stappen gezet worden. Het is onduidelijk of dit te bereiken is, en zo ja, met welke technieken. Er ligt echter ook voor waterschappen nog een wereld te winnen door goed te kijken naar hoe de levende natuur oplossingen heeft bedacht voor alledaagse waterschapsproblemen.

Biomimicry is de wetenschap waarbij ontwerpvraagstukken worden aangepakt door te bestuderen hoe de natuur soortgelijke problemen heeft opgelost. Hierbij wordt gebruik gemaakt van 3,8 miljard jaar onderzoek en ontwikkeling in de natuur. Omdat de natuur altijd streeft naar minimalisering van energie- en grondstoffen gebruik met maximaal effect, materialen gebruikt die 100% herbruikbaar, afbreekbaar en niet toxisch zijn, zijn oplossingen uit de natuur per definitie duurzaam. Tijdens een biomimicry bijeenkomst bij Interface in Scherpenzeel op 9 oktober 2017 voor waterschappers, bleek er veel enthousiasme te zijn voor toepassing van biomimicry in het werk van de waterschappen. Tijdens die bijeenkomst bleef de vraag echter open hoe biomimicry is toe te passen in het werk van de waterschappen. In dit artikel draag ik een aantal mogelijkheden aan.

Stroming

Water is de drager van leven. Niet alleen leven veel organismen in water, maar in lichamen van planten en dieren is stroming van water van essentieel belang. In planten en dieren gebeurt de stroming van vloeistoffen zeer efficiënt en energiezuinig. Mensen proberen water via rechte pijpen te pompen, terwijl de natuur gebruik maakt van natuurlijk voorkomende spiraalvormige, turbulente stromingspatronen. De natuur heeft wegen gevonden om via deze wetmatigheden veel efficiënter vloeistof te verplaatsen dan mensen dat doen. Ook het in beweging brengen van water of het bewegen in water gebeurt in de natuur veel efficiënter dan met de door mensen ontwikkelde pompen, roerwerken en vaartuigen.

PAX mixer

Verschillende bedrijven hebben efficiëntere pompen, propellors en vaartuigen ontwikkeld door goed naar de natuur te kijken. Hiermee is een energiebesparing van 40% of meer te behalen. Deze zouden kunnen worden toegepast door waterschappen. En wat kunnen we nog leren van de meest efficiënte pomp die er bestaat: het hart?

Ook de vormgeving van verdeelsystemen, riolerings- en afwaterings-stelsels kan vele efficiënter door bijvoorbeeld te kijken naar hoe planten hun sappen verdelen in stammen en bladeren en hoe bloed wordt verdeeld in dieren.

Waterverdelingssysteem in een blad

Aanslag in pijpen en leidingen (scaling) is een veel voorkomend probleem. Diverse aquatische organismen, zoals haaien, hebben technieken ontwikkeld om aangroei van bacteriën en hogere organismen te voorkomen. Dit doen zij door een fijne structuur op hun huid aan te brengen die voorkomt dat aanhechting kan plaatsvinden. Deze techniek is door verschillende bedrijven met succes nagebootst en wordt toegepast om scaling in pijpen en aangroei op schepen, maar ook bacteriegroei op deurklinken en dergelijke in ziekenhuizen te voorkomen.

Microscopische opname van de Sharklet coating

Waterzuivering

Waterzuivering gebeurt grofweg op twee manieren: scheiding en afbraak. Afbraak gebeurt nu veelal met bacteriën (actiefslib) en soms met bacteriën in combinatie met planten (helofytenfilters). Recent is door Bioniers een STOWA studie naar  zuiverende kassen afgerond (STOWA, 2017), waarbij naast bacteriën en planten ook macrofauna zorgt voor opname en afbraak. Ook schimmels hebben potentie voor de afbraak van bijvoorbeeld medicijnresten en andere organische microverontreinigingen (STOWA, 2012). Bioniers heeft samen met Mycelco met succes schimmels ingezet voor de afbraak van gewasbeschermingsmiddelen en PAK bevattende afvalproducten. Aangezien er miljoenen al dan niet aquatische organismen bestaan, zijn de mogelijkheden nog lang niet uitgeput.

Ook de wijze waarop bijvoorbeeld bacteriën worden ingezet kan worden verbeterd door naar de natuur te kijken. Door  biofilms optimaler in te zetten, kan een energiereductie van 40 tot 60 keer worden bereikt, volgens de fabrikant van de biodomes, Water Compliance Systems Inc..

 

Bio-domes in actie

Scheiding van stoffen en water komt in de natuur veel voor. Een aantal technieken zijn al ontwikkeld die zijn afgekeken uit de natuur. Het Deense bedrijf Aquaporin maakt membranen die zijn gemodelleerd naar celmembranen. Deze zijn, volgens opgave van de fabrikant, veel efficiënter en energiezuiniger dan conventionele membranen.

Aquaporin membraan

Baleinwalvissen filteren kleine diertjes uit het water door een hap zeewater te nemen en dit door de baleinen weer naar buiten te persen. Dit gebeurt zeer efficiënt. Dit principe is nagebootst in het BaleenFilter. Deze kan deeltjes tot 25 μm filteren met een laag energieverbruik.

BaleenFilter, geïnspireerd op de baleinen van walvissen

Conclusie

Er is in de waterwereld nog heel veel te winnen door van de natuur te leren. De hier genoemde producten en technieken zijn enkele voorbeelden en is zeker geen uitputtende lijst. Waterschappen, maak slim gebruik van 3,8 miljard jaar onderzoek en ontwikkeling en start een onderzoeksprogramma, waarin mogelijkheden worden verkend, pilots worden opgezet en nieuwe wegen worden verkend.

Adrie Otte, Bioniers, februari 2018

Literatuur