Als het gaat om duurzaamheid en energietransitie willen waterschappen graag voorop lopen. In 2020 willen zij minstens veertig procent van hun energieverbruik zelf duurzaam opwekken. Ook het terugwinnen van grondstoffen uit afvalwater staat hoog op de agenda. Om uiteindelijk de eigen energiebehoefte honderd procent duurzaam op te wekken en terugwinning van stoffen te bereiken, moeten nog grote stappen worden gezet. Het is nog niet duidelijk of dit überhaupt te bereiken is, en zo ja, met welke technieken. Maar wat wél duidelijk is, is dat er nog een wereld te winnen is door te kijken hoe de natuur oplossingen heeft bedacht voor alledaagse waterschapsproblemen.
Biomimicry
De natuur doet al 3,8 miljard jaar aan onderzoek en ontwikkeling voor het oplossen van ontwerpvraagstukken. De wetenschap van het bestuderen en het imiteren van de natuur voor het oplossen van menselijke problemen noemen we biomimicry. Oplossingen uit de natuur zijn per definitie duurzaam. De natuur streeft namelijk altijd naar minimalisering van energie- en grondstoffengebruik, met maximaal effect. Ook zijn de gebruikte materialen honderd procent herbruikbaar, afbreekbaar en niet toxisch. Het is daarom interessant om te kijken welke oplossingen waterschappen van de natuur kunnen afkijken.
Stroming
Water is de drager van leven. Niet alleen leven veel organismen in water, maar ook ín de lichamen van planten en dieren is stroming van water van essentieel belang. Stroming van vloeistoffen is daar zeer efficiënt en energiezuinig. De natuur maakt gebruik van organisch gevormde, spiraalvormige en turbulente patronen. Mensen ontwikkelen watersystemen met rechte, geometrische vormen. Toch blijken de wegen van de natuur om vloeistoffen te verplaatsen veel efficiënter. Zo kan de vormgeving van verdeelsystemen, riolerings- en afwateringsstelsels worden verbeterd door te kijken naar hoe planten hun sappen verdelen in stammen en bladeren. Of hoe bloed wordt getransporteerd in het menselijk lichaam.
Ook het in beweging brengen van of bewegen in water gebeurt in de natuur doeltreffender dan met menselijke machines. Het hart is bijvoorbeeld de meest daadkrachtige pomp die er bestaat. Verschillende bedrijven hebben inmiddels pompen, propellers en vaartuigen ontwikkeld door goed naar de natuur te kijken. Hiermee is een energiebesparing van meer dan veertig procent te behalen.
Ook voor het veelvoorkomende probleem van aanslag in pijpen en leidingen (scaling) bestaat een oplossing uit de natuur. Scaling is een veel voorkomend probleem dat de doorstroming belemmert. Verschillende dieren die in het water leven hebben technieken ontwikkeld om aangroei van bacteriën en hogere organismen te voorkomen. Haaien doen dit bijvoorbeeld door een fijne structuur op hun huid aan te brengen die aanhechting voorkomt. Ook deze techniek is door verschillende bedrijven met succes nagebootst.
Waterzuivering
Voor de zuivering van water heeft de natuur eveneens verschillende slimme dingen ontwikkeld. 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). De manier waarop bacteriën nu worden gebruikt kan nog verder worden verbeterd. Bijvoorbeeld door biofilms optimaler in te zetten. Een biofilm is een laag micro-organismen omgeven door zelfgeproduceerd slijm vastgehecht aan een oppervlak. Door optimale inzet van biofilms kan een energiereductie van 40 tot 60 keer worden bereikt.
Naast bacteriën en planten hebben ook schimmels potentie voor bijvoorbeeld de afbraak van medicijnresten en andere organische microverontreinigingen. Syntraler Adrie Otte heeft recent een STOWA studie naar zuiverende kassen afgerond (STOWA, 2017), waarbij naast bacteriën en planten ook macrofauna zorgt voor opname en afbraak. Samen met Mycelco heeft Adrie met succes schimmels ingezet voor de afbraak van gewasbeschermingsmiddelen en PAK bevattende afvalproducten. Aangezien er nog miljoenen al dan niet aquatische organismen bestaan, zijn er veel meer zuiveringstechnieken in de natuur te ontdekken.
Zo komt scheiding van stoffen en water in de natuur ook veel voor. Door middel van biomimicry zijn al een aantal technieken ontwikkeld. Het Deense bedrijf Aquaporin maakt bijvoorbeeld membranen die zijn gemodelleerd naar celmembranen. Deze zijn volgens de fabrikant veel efficiënter en energiezuiniger dan conventionele membranen. En ook de BaleenFilter is gebaseerd op filtertechnieken uit de natuur, namelijk van baleinwalvissen. Baleinwalvissen filteren kleine diertjes uit het water door een hap zeewater te nemen en dit door de baleinen naar buiten te persen. Op deze manier filtert ook de Baleenfilter deeltjes tot 25 μm met een laag energieverbruik.
Er is nog veel meer te leren…
Er is in de waterwereld, maar ook daarbuiten, 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, januari 2019
Meer lezen?
- http://www.biomimicrynl.org/
- Harman, J., 2013. The Shark’s Paintbrush. Biomimicry and how nature is inspiring innovation. Nicolas Brealey Publishing, London, Boston. ISBN 978-1-85788-605-4.
- STOWA, 2012. Literatuurstudie naar de inzetbaarheid van zwammen in de waterzuivering. STOWA rapport 2012-18.
- STOWA, 2017. Verkenning Zuiverende Kassen. STOWA rapport 2017-45