Post on 26-Feb-2021
Gebouwde Omgeving
Van Mourik Broekmanweg 6
2628 XE Delft
Postbus 49
2600 AA Delft
www.tno.nl
T +31 88 866 30 00
F +31 88 866 30 10
infodesk@tno.nl
TNO-rapport
TNO 2014 R10408
Meerjaren Speurwerkprogramma 2011-2014
Voortgangsrapportage 2013 VP Water – en
Deltatechnologie
Datum 12 februari 2013
Auteur(s) Drs. C.N. Bremmer
Dr. M.A.J. Linde
Autorisatie Ir. D. Ph. Schmidt
Algemeen directeur
Aantal pagina's 19
Regievorgend
departement
Ministerie van Infrastructuur en Milieu
Alle rechten voorbehouden.
Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk,
foto-kopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van
TNO.
Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van
opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor opdrachten aan
TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten overeenkomst.
Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belang-hebbenden is toegestaan.
© 2014 TNO
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
2 / 19
Inhoudsopgave
1 Inleiding ................................................................................................................................. 3
2 Deelprogramma Watertechnologie...................................................................................... 4
2.1 Inleiding Deelprogramma ....................................................................................................... 4
2.2 Uitvoering en resultaten 2013 ................................................................................................. 5
2.2.1 Integratie in de waterketen – Water For all ............................................................................. 6
2.2.2 Waterhergebruik in de agri-business – More Crop per Drop .................................................. 7
2.2.3 Water en Energie................................................................................................................... 11
2.3 Verloop van het overleg in kennisarena’s en met stakeholders of andere gremia. ................ 14
2.4 Overzicht van mate van participatie in (inter)nationale onderzoeks-programma’s en
netwerken. ............................................................................................................................. 14
2.5 Output: aantallen rapporten, artikelen in wetenschappelijke resp. vaktijdschriften, dag- en
weekbladen, geïnviteerde voordrachten en dergelijke. ......................................................... 15
2.6 Beschrijving van het gebruik van behaalde resultaten: door wie en op welke wijze, sprake
van toepassing in opdrachten, zo ja welke. ........................................................................... 15
3 Deelprogramma Deltatechnologie ..................................................................................... 16
3.1 Inleiding Deelprogramma ..................................................................................................... 16
3.2 Uitvoering en resultaten 2013 ............................................................................................... 17
3.3 Verloop van het overleg in kennisarena’s en met stakeholders of andere gremia. ................ 18
3.4 Overzicht van mate van participatie in (inter)nationale onderzoeks-programma’s en
netwerken. ............................................................................................................................. 18
3.5 Beschrijving van het gebruik van behaalde resultaten: door wie en op welke wijze, sprake
van toepassing in opdrachten, zo ja welke. ........................................................................... 19
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
3 / 19
1 Inleiding
Nederland is een land dat leeft met water. De Nederlandse kennis en kunde om op een
geïntegreerde wijze om te gaan met verstedelijkingsopgaven, waterbeheer en een duurzame
watervoorziening is wereldwijd bekend. Wereldwijd en nationaal zijn er grote uitdagingen
op het gebied van waterbeheer en watervoorziening. Overexploitatie van watervoorraden,
gebrekkige sanitatie en klimaatverandering leggen een grote druk op de voorziening van
voldoende schoon water. In Nederland is de watervoorziening op een hoog niveau
georganiseerd. Desalniettemin spelen ook hier uitdagingen op het gebied van
waterzuivering. Elementen die aandacht vragen hebben betrekking op de energie-efficiëntie
van waterzuivering, het voorkomen van nieuwe stoffen in het watersysteem, zoals
medicijnresten, en de opties voor het nuttig hergebruiken van reststoffen en warmte in
afvalwater. In toenemende mate wordt daarin gekeken naar oplossingen die leiden tot het
sluiten van de waterketen. Hiermee worden ook innovaties gestimuleerd die internationaal
vermarktbaar zijn in gebieden waar de watervoorziening in ontwikkeling is en waar
oplossingen gezocht worden die robuust zijn, weinig investeringen in harde infrastructuur
vergen en aansluiten bij een behoefte om zuinig te kunnen omgaan met beschikbare
watervoorraden.
De voortgaande verstedelijking heeft een grote impact op het milieu, met een toenemende
druk op natuurlijke hulpbronnen. Zestig procent van de 39 megasteden wereldwijd bevinden
zich op minder dan 100 km van de kust, inclusief 12 van de 16 steden met meer dan 10
miljoen inwoners. Laaggelegen kustgebieden verstedelijken in een snel tempo, leidend tot
groeiende economische activiteiten en investeringen. Daarnaast zijn deze laag gelegen
kustnabije gebieden erg kwetsbaar voor de gevolgen van klimaatverandering,
zeespiegelstijging en de gevolgen van menselijk ingrijpen en veranderend landgebruik in
lokale stroomgebieden. Dit leidt tezamen tot een toenemende wereldwijde vraag naar
oplossingen voor verstedelijkingsvraagstukken in deltagebieden.
In 2013 is dit Vraaggestuurde Programma van start gegaan in het kader van het
Topsectorenbeleid. Dit houdt in dat het onderzoeksprogramma in afstemming met de TKI’s
‘Watertechnologie ’en ‘Deltatechnologie’ wordt geprogrammeerd.
Het Vraaggestuurde Programma Water- en Deltatechnologie bevat twee deelprogramma’s:
1. Watertechnologie – dit deelprogramma is TNO’s bijdrage aan het Innovatiecontract
‘Watertechnologie’ en richt zich op innovaties ten behoeve van decentrale
waterbehandeling voor industrieel en communaal afvalwater.
2. Deltatechnologie – dit deelprogramma is TNO’s bijdrage aan het Innovatiecontract
‘Deltatechnologie’ en richt zich op innovaties ten behoeve van een duurzame
stedelijke ontwikkeling in laagelegen kustgebieden, in het bijzonder met het oog op
adaptatie aan veranderend klimaat.
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
4 / 19
2 Deelprogramma Watertechnologie
2.1 Inleiding Deelprogramma
Het deelprogramma ‘Watertechnologie’ richt zich op het ontwikkelen, testen en
demonstreren van innovatieve technologieën voor decentrale waterbehandeling. Het
voldoende beschikbaar hebben van water van voldoende kwaliteit en efficiënt kunnen
zuiveren van (afval)water is een voorwaarde voor duurzame sociaal-economische
ontwikkeling. In veel gebieden in de wereld bestaat er een tekort aan schoon water en raken
watervoorraden en ecosystemen bedreigd door de lozing van ongezuiverd afvalwater.
Klimaatverandering en een groeiende bevolking dragen bij aan het feit dat zoetwater
voorraden onder druk staan. Nederland heeft internationaal een sterke positie op het gebied
van watertechnologie, zowel als het gaat om het ontwikkelen van nieuwe technologieën als
om het implementeren van waterzuiveringssystemen. Gezien de grote behoefte aan water
van voldoende kwaliteit is er een aantrekkelijke internationale markt voor watertechnologie.
Nationaal en vooral ook internationaal bestaat er behoefte aan lokale en integrale
oplossingen voor de watervoorziening met aandacht voor hergebruik (waterbesparing door
kringloopsluiting), terugwinning van grondstoffen en nutriënten en mineralen (bijvoorbeeld
fosfaat) en het gebruik of mogelijke opwekking van energie.
TNO richt zich in het deelprogramma Watertechnologie op decentrale waterbehandeling
waarbij de focus ligt op het ontwikkelen van units voor decentrale waterzuivering die ‘fit-
for-use’ zijn en ingezet kunnen worden in de gehele waterketen. Belangrijke marktsectoren
zijn de drinkwatersector, glastuinbouw, industrie (papier, raffinage, minerals, voeding,
chemie) en energie. Daarbij wordt met partners in de hele waterketen samengewerkt:
eindgebruikers, service providers, bedrijven uit de watertechnologiesector en overheid.
In het verlengde van het Innovatiecontract ‘Watertechnologie’ richt het Deelprogramma
Watertechnologie van TNO zich op vier te onderscheiden onderzoekslijnen, te weten:
Onderzoekslijn 1: Integratie in de waterketen – Water for All
Speerpunt: technologieontwikkeling om water decentraal te behandelen voor
hergebruik in industrie en drinkwaterproductie, om de wereldwijde behoefte aan
zoet water te vervullen, kringloopsluiting en water op maat.
Onderzoekslijn 2: Waterhergebruik in agri business – More Crop per Drop
Speerpunt: technologieontwikkeling om water decentraal te behandelen voor
hergebruik in land- en tuinbouwsector en terugwinning van nutriënten, zeldzame
mineralen, zouten en fosfaat.
Onderzoekslijn 3: Water en Energie
Het integreren van energie- en watervraag leidt tot duurzame oplossingen. De
uitdaging is afvalwarmte en proceswater in de industrie integraal te hergebruiken
en de netwerken van water en energie met elkaar te verbinden voor toepassingen in
eco-industrial parks of stedelijke gebieden.
Onderzoekslijn 4: Water en ICT
Water en ICT richt zich op het vergroten van de efficiëntie van watertechnologie
door gebruik te maken van automatische sensing en monitoring van de
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
5 / 19
waterkwaliteit en het optimaal kunnen regelen van de waterketen (process control).
Dit biedt mogelijkheden om de procesvoering van installaties waar water
behandeld wordt, sterk te verbeteren en voor decentrale waterbehandeling ‘fit-for-
use’.
Als kennisinstelling is TNO gericht op het beschikbaar maken van innovatieve oplossingen
voor waterzuivering voor het bedrijfsleven. Daarbij ligt de focus op fysisch-chemische
scheidingstechnologie. Hierbij worden de volgende routes bewandeld waarbij (industriële)
partners en technologiebedrijven vrijwel altijd betrokken zijn:
Ontwikkelen, testen, prototypen van nieuwe scheidings-, zuiverings- en
opwerkingstechnologieën voor de waterketen. Ofwel in consortia, ofwel in
opdracht van een enkel bedrijf en veelal gekoppeld aan co-financieringstrajecten.
Opzetten en uitvoeren van fieldlabs in samenwerking met de sector. Fieldlabs
worden veelal met de gehele waterketen (probleembezitters,
watertechnologiebedrijven, service providers, publiek organisaties/overheid)
opgezet om tot demonstratie en acceptatie van nieuwe technologieconcepten te
komen.
Sector/branche-gerichte coördinatie. Hiertoe behoren TNO’s betrokkenheid in
Europese coördinatie-activiteiten zoals European Innovation Partnership (EIP)
Water, Chemwater en WSSTP.
Met industrie, technologie- , drinkwater- en afvalwaterbedrijven wordt samnegewerkt in
projecten die marktgedreven en vraaggestuurd zijn. Het programma zet in op een bijdrage
aan de Topsector Water door aan te sluiten bij de daarin benoemde speerpunten. Innovatie
komt mede tot stand door gebruik te maken van innovatie- en stimuleringsmaatregelen,
zoals cofinancieringsinstrumenten en Europese programma’s, zoals het 7de
Kaderprogramma, Horizon2020 en het KIC-Climate. Er is een portefeuille opgebouwd met
20 patenten op verschillende technologische ontwikkelingen op het gebied van
membraanzuivering, ontharding en elektrochemische scheiding.
2.2 Uitvoering en resultaten 2013
Het Deelprogramma ‘Watertechnologie’ is uitgevoerd in de vorm van
kennisinvesteringsprojecten overeenkomstig de onder paragraaf 2.1 vermelde
onderzoekslijnen. De onderzoeksprojecten zijn alle in de vorm van gecofinancierde
onderzoeksprojecten en afhankelijk van het stadium van onderzoek: proof-of-concept,
proof-of-principle, demonstratie. Meer dan de helft van het programma wordt uitgevoerd
met Nederlandse en buitenlandse bedrijven in Europese onderzoeksprojecten met
financiering vanuit het 7e Kaderprogramma en de KIC-Climate.
In 2013 zijn de projecten ‘NoWaste’, ‘Verwijdering gewasbeschermingsmiddelen uit
spuiwater van de glastuinbouw’ en ‘HBH Fotokatalytische oxidatie GTB’ afgerond.
NoWaste heeft een nieuwe aanpak voor het opwerken van brijnen uit afvalwaterzuivering
opgeleverd. HBH Fotokatalytische oxidatie GTB heeft geresulteerd in het aantonen van de
desinfecterende werking van OH-radicalen die aangemaakt worden uit coating van
titaandioxide onder invloed van UV-A straling uit dag- en/of kunstlicht. Het project
‘Verwijdering gewasbeschermingsmiddelen uit spuiwater van de glastuinbouw’ heeft in het
verlengde hiervan een aanpak voor een Bewegend Bed Adsorptie (BBA)-methode
opgeleverd voor het efficiënt binden van gewasbeschermingsmiddelen aan actief kool in
combinatie met afbraak onder invloed van peroxide-UV-oxidatie.
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
6 / 19
Daarnaast is in 2013 in het verlengde van de programmering van de TKI-Watertechnologie
met een aantal nieuwe projecten gestart. In 2013 is gestart met een nieuw project onder het
EIT-programma Climate-KIC, te weten WE4CC-II. Het EIT Climate-KIC is een Europees
programma dat door een cluster van bedrijfsleven en onderzoeksinstellingen in Nederland,
Duitsland, Frankrijk, Engeland en Zwitserland met een focus op innovaties op het gebied
van klimaatmitigatie en klimaatadaptatie. In WE4CC-II wordt met Nederlandse en Europese
partners gewerkt aan de ontwikkeling van innovatieve technologie op het gebied WE4CCII
dit is gericht op de technische demonstratie, business case evaluatie en implementatie van
nieuwe waardeketens voor de productie van zuiver water door gebruik te maken van
laagwaardige restwarmte (40-70C). Een tweede project dat in 2013 is gestart, het project
SAWADEC, richt zich op de ontwikkeling van een goedkope fluoride
verwijderingstechniek voor de behandeling van drinkwater in gebieden met verhoogde
fluorideconcentraties in het grondwater. In dit Publiek-Privaat-samenwerkingsproject onder
het PPP-programma van het ministerie van Ontwikkelingssamenwerking wordt
samengewerkt met de partijen SNV, Dunea, BOP en Hatenboer Water.
In 2013 zijn onder de onderzoekslijn ‘Water en ICT’ geen projecten uitgevoerd. In 2014 zal
verder verkend worden of en op welke wijze aan deze onderzoekslijn invulling gegeven kan
worden. Een van de meer kansrijke onderwerpen richt zich op sensing ten behoeve van
waterkwaliteit en ter bepaling van de kwaliteit van distributienetwerken.
2.2.1 Integratie in de waterketen – Water For all
TNO richt zich met de onderzoekslijn ‘Integratie in de waterketen – Water for All’ op
technologieontwikkeling om water decentraal te behandelen voor hergebruik in industrie en
drinkwaterproductie, om de wereldwijde behoefte aan zoet water te vervullen,
kringloopsluiting en water op maat. In 2013 is daarbij gewerkt aan onder staande projecten.
Onderzoekslijn Project Omschrijving
Integratie in de waterketen NoWaste Cofin-project in de proof-of-principle fase
gericht op het ontwikkelen van een
membraan kristallisatietechniek voor het
concentreren en opwerken van brijn uit
afvalwaterzuivering.
Sawadec PPP-project gericht op ontwikkeling een
goedkope fluoride verwijderingstechniek
voor de behandeling van drinkwater in
gebieden met verhoogde fluoride
concentraties in het drinkwater.
Het project ‘NoWaste’ is in 2010 gestart en in 2013 afgerond. Het project richt zich op het
opwerken van brijnoplossingen als eindstap bij waterzuiveringsprocessen. Het project is
uitgevoerd als een publiek-privaat-onderzoeksproject met industriele partners uit de
procesindustrie, drinkwatersector en olie- en gasindustrie. Brijn ontstaat met name in de
industrie en bij waterbehandeling als bijproduct bij waterzuivering en is moeilijk verder te
behandelen. Het doel van NoWaste is het ontwikkelen van een gecombineerd membraan
destillatie-kristallisatieproces om brijnen mee te behandelen en schoon water en vast zout te
produceren dat eventueel hergebruikt kan worden. De uitdaging bij deze technologie bestaat
uit het kunnen voorkomen van verstopping van het membraan bij gelijktijdige kristallisatie
van zouten in de membraanmodule. Hiervoor zijn verschillende opstellingen onderzocht. In
het project zijn verschillende technieken voor het kristalliseren van natriumzouten en
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
7 / 19
calciumzouten toegepast. De meeste technieken (o.a. op basis van ‘seeds’ en in combinatie
met osmotische destillatie) bleken niet geschikt om verstopping van het membraan met
natriumzouten te voorkomen. Wel werden succesvolle resultaten behaald met het
voorkomen van ‘scaling’ van het membraan door Ca-zouten. Gegeven de resultaten van het
project wordt een opstelling waarbij gedeeltelijk gebruik gemaakt wordt van een MD-
systeem (met ‘seeds’) tot een verzadigingsgraad voor NaCL en gedeeltelijk van een OD-
systeem voor kristallisatie van NaCL als een mogelijke optie gezien. Een voorlopige analyse
laat zien dat dit economisch haalbaar is.
Laboratorium set-up MD© experiment
In vele delen van de wereld is er geen centrale drinkwatervoorziening. Dit geldt voor
stedelijke gebieden en landelijke gebieden. Door de snelle ontwikkeling ligt hier een grote
opgave voor het kunnen voorzien in voldoende schoon drinkwater. Decentrale systemen
bieden hier een goede mogelijkheid omdat deze systemen relatief eenvoudig te installeren
zijn, niet afhankelijk zijn van de aanwezigheid van een uitgebreid distributienetwerk en
mogelijkheden bieden voor het lokaal optimaliseren van waterhergebruik. In 2013 is onder
het PPP-programma van het ministerie van Ontwikkelingssamenwerking met de partijen
SNV, Dunea, BOP en Hatenboer Water gestart met het project Sawadec. Beoogd doel van
het Sawadec project is het ontwikkelen van een open innovatietraject voor de introductie
van nieuwe waterbehandelingstechnieken in het proefgebied Mara in Tanzania. Voor wat
betreft het onderdeel water treatment is het de bedoeling om bij een van de water schema’s
een geschikte techniek te demonstreren op pilotschaal, gericht op de verwijdering van
fluoride. TNO richt zich daarbij met de partners op de ontwikkeling van een goedkope
fluoride verwijderingstechniek voor de behandeling van drinkwater in gebieden met
verhoogde fluoride concentraties in het grondwater.
2.2.2 Waterhergebruik in de agri-business – More Crop per Drop
TNO richt zich met de onderzoekslijn ‘Waterhergebruik in de agri-business – More Crop
per Drop’ op de ontwikkeling van technologie om water in de land- en tuinbouwsector
decentraal te behandelen voor hergebruik en voor terugwinning van nutriënten, zeldzame
mineralen, zouten en fosfaat. In 2013 is daarbij gewerkt aan onder staande projecten.
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
8 / 19
Onderzoekslijn Project Omschrijving
Waterhergebruik in de agri-
business
Verwijdering
gewasbeschermingsmiddelen uit
spuiwater van de glastuinbouw
Proof-of-Principle Cofin-project gericht op het testen
van adsorptie en oxidatietechnieken voor het
behandelen van spuiwater van de glastuinbouw
ResFood Europees onderzoeksproject gericht op het
ontwikkelen en demonstreren van een
cascaderingsaanpak voor efficiënt hergebruik van
afval en afvalwater in de voedingsindustrie. TNO is
coördinator.
Digestaat verwerking Helixer-project voor het verkennen van mogelijke
opwerking van digestaat tot fosforzuur.
HBH Fotokatalytische oxidatie
GTB
Cofin-project gericht op het ontwikkelen van een
nieuw en duurzaam technologieconcept voor
desinfectie van water in de glastuinbouw op
basis van de aanmaak van OH-radicalen uit
titaandioxide door UV-A straling uit dag- en/of
kunstlicht.
ZLD concept voor glastuinbouw TKI-project naar verkenning van mogelijkheden
voor toepassing van concept van ‘Zero Liquid
Discharge’ in de glastuinbouw.
Door diverse optimalisatiemaatregelen en vergaande waterkringloopsluiting lozen de
glastuinbouwbedrijven steeds minder afvalwater op het riool of op het oppervlaktewater. In
het lozingswater zijn echter nog wel meststoffen en gewasbeschermingsmiddelen
(pesticiden, bestrijdingsmiddelen) aanwezig. ln 2027 moet de emissie hiervan uit kassen
nagenoeg nul zijn. Voor de verwijdering van meststoffen kan gebruik worden gemaakt van
bestaande, op de markt beschikbare, technologieën Dit geldt echter niet voor de
verwijdering van gewasbeschermingsmiddelen; hiervoor zijn momenteel geen geschikte
technieken beschikbaar. Gewasbeschermingsmiddelen vallen onder de groep van endocrine
disruptor compounds (EDC) en kunnen bij lage concentraties (ng/l) inwerken op het
endocriene systeem van mens en dier. Blootstelling aan EDC kan leiden tot verminderde
vruchtbaarheid en tot carcinogene effecten. Diverse ondezoeken laten zien dat voor de
verwijdering uit afvalwater van EDC zoals geneesmiddelen(resten) en bestrijdingsmiddelen,
adsorptie en geavanceerde oxidatie (AOP) technieken het meeste perspectief bieden. Voor
de verwijdering van gewasbeschermingsmiddelen is daarom de verwachting dat beide
technieken waarschijnlijk ook het meest geschikt zijn. Wel blijkt hieruit dat met de huidige
adsorptie- en AOP-technologieën niet alle typen gewasbeschermingsmiddelen in voldoende
mate worden verwijderd; voor sommige stoffen blijven de emissiegehaltes hoger dan de
toekomstige normen toestaan. In dit ontwikkeld en getest zijn voor de verwijdering van
medicijn(rest)en uit afvalwater. In het project ‘Verwijdering gewasbeschermingsmiddelen
uit spuiwater van de glastuinbouw’ is in samenwerking met sectorpartijen daarom een
proof-of-principle-project uitgevoerd naar toepassing van de volgende technologieën:
Bewegend Bed Adsorptie (BBA), een door TNO gepatenteerde, efficiënte
tegenstroomtechnologie waarbij de gewasbeschermingsmiddelen worden
geadsorbeerd op bijvoorbeeld actief kool.
Geavanceerde Oxidatie met H2O2/UV. Hierbij worden de
gewasbeschermingsmiddelen afgebroken door een intense oxidatieve destructie,
waarbij electrochemisch hoge concetraties waterstofperoxide worden
geproduceerd.
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
9 / 19
Beide technologieën hebben een hogere effìciëntie dan de bovengenoemde technieken en
zijn in principe ook geschikt voor de verwijdering van GBM uit afvalwater van de
glastuinbouw.
Het Proof-of-Principle is in 2013 afgerond. Uit de resultaten blijkt dat met beide technieken
de 12 belangrijkste gewasbeschermingsmiddelen in het afvalwater voor meer dan 90%
verwijderd kunnen worden onder relatief milde procescondities. Wel blijkt de aanwezigheid
van TOC (NOM) in het afvalwater een storende component te zijn. De resultaten van de
labexperimenten met UV/H2O2 zijn gerapporteerd en er is een procesontwerp voor een
praktijkinstallatie opgesteld. Voor kooladsorptie is met een bij TNO aanwezig model
nagegaan in hoeverre het BBA tegenstroomadsoptieproces voordelen biedt ten opzichte van
een meestroomprincipe en is informatie aangereikt voor een praktijkinstallatie.In een
vervolgfase zal het onderzoek zich moeten richten op het testen van de ontwerpparameters
in een demo-opstelling en de invloed van TOC daarop.
In het verlengde hiervan richt het TNO-cofinancieringsproject “Fotokatalytische oxidatie in
de glastuinbouw” zich op het ontwikkelen van een nieuw en duurzaam technologieconcept
voor desinfectie van water in de glastuinbouw. Met behulp van niet-toxische en goedkope
katalysatoren (zoals titaandioxide, TiO2) worden, met UV-A straling uit dag- en/of
kunstlicht, OH-radicalen aangemaakt in het water die micro-organismen kunnen doden en
organische stoffen kunnen afbreken. In het project is samengewerkt met Wageningen UR
Glastuinbouw en een begeleidingscommissie van Tuindersvereniging TTO en de co
financiers Productschap Tuinbouw en Priva. In overleg met de begeleidingscommissie zijn
de onderstaande toepassingsvormen geformuleerd.
- schermen met TiO2 films/coatings
- toepassing van gesuspendeerd TiO2 poeder in het regenwaterbassin
- geïmmobiliseerd TiO2 (bijv. gecoate glasparels)
- TiO2 gecoate teeltgoot (zijkanten)
- TiO2 gecoate teeltvloer
Om inzicht te krijgen in de ontwerpparameters voor deze toepassingsvormen is met behulp
van laboratoriumonderzoek voor verschillende TiO2 poeders, enkele hieruit gevormde films
en een coating (verfsysteem) de afbraakkinetiek van een modelcomponent voor organische
verontreiniging (Reactive Blue) onderzocht en zijn de effecten van lichtintensiteit,
nutriënten en vervuiling bepaald. Tevens is de afbraak van gewasbeschermingsmiddelen en
de afdoding van Agrobacterium Rhizogenes onderzocht.
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
10 / 19
Werkingsprincipe Fotokatalytische oxidatie
De technische evaluatie heeft laten zien dat fotokatalytische oxidatie in staat is om kleurstof
en gewasbeschermingsmiddelen af te breken en Agrobacterium Rhizogenes af te doden. Er
wordt verwacht dat dit ook geldt voor de remmiddelen. Gecoate glasparels bieden de beste
perspectieven gezien de makkelijke afscheiding uit het water en de relatief lage kosten. De
poeders kennen relatief hoge kosten vanwege de benodigde afscheiding met NF/RO. De
films laten goede perspectieven zien, mits de mechanische bestendigheid verbeterd kan
worden door optimalisatie van de preparatie. De commercieel beschikbare coating
(TitanProtect) is eenvoudig aan te brengen en mechanisch bestendig maar kent een lage
concentratie werkzame stof.
Foto van de gecoate goot (eind november 2012, 2 weken na start)
Uit de technische en economische evaluatie zijn diverse concepten naar voren gekomen die
goede perspectieven bieden voor toepassing in de glastuinbouw en concurrerend zijn ten
opzichte van de conventionele technieken, zijnde:
Geïmmobiliseerd TiO2 met UV-A ondersteuning voor behandeling spuiwater
Fotokatalytische oxidatie voor verwijdering van middelen uit spuiwater met
voorgeschakelde TOC-verwijdering
TNO is coördinator van het FP7-project Resfood dat zich richt op de ontwikkeling van
innovatieve oplossingen voor ‘Resource Efficient and Safe Food Production and
Processing’. Resource efficiency binnen dit kader richt zich voornamelijk op hergebruik van
water, energie en nutriënten en het terugwinnen van waardevolle stoffen uit vaste
reststromen. Voedselveiligheid is hierbij een belangrijke randvoorwaarde. Daarom wordt er
ook aandacht besteed aan nieuwe desinfectiemethoden en de snelle monitoring van
pathogene micro-organismen.
Naast het coördinatorschap richt TNO zich in dit project op:
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
11 / 19
het sluiten van de waterkringloop in de vers groente-industrie, gericht op de
toepassing van innovatieve hybride membraanprocessen voor recirculatie van het
waswater. De toepassing van een ‘moving bed’ membraansysteem lijkt kansrijk.
De mogelijkheden van een patent worden momenteel verkend.
Alternatief schema voor wassen van versgroente met hergebruik van (koud) water
Voor de glastuinbouw zijn samen met Demokwekerij verschillende alternatieven
voor het volledig sluiten van de waterkringloop geëvalueerd. Toepassing van
Electrodialyse met ionselectieve membranen voor het scheiden van één- en
tweewaardige ionen wordt verder op laboratorium schaal onderzocht. Daarnaast
wordt aandacht besteed aan desinfectie van het te recirculeren water.
Als coördinator is TNO mede verantwoordelijk voor een goede kennisoverdracht van het
project. Naast de projectwebsite (www.resfood.eu) is een aantal algemene presentaties en
artikelen verzorgd, zijn verschillende (poster) presentaties gegeven en is er een projectvideo
gemaakt . Voor een groep van ca. 50 SME bedrijven uit de versgroentebranche is samen
met een Duitse apparatenbouwer een bijeenkomst georganiseerd, waarin de resultaten van
Resfood zijn gepresenteerd en besproken.
2.2.3 Water en Energie
TNO richt zich met de onderzoekslijn ‘Water en Energie’ op technologie voor het integreren
van energie- en watervraag leidend tot duurzame oplossingen. De uitdaging is afvalwarmte
en proceswater in de industrie integraal te hergebruiken en de netwerken van water en
energie met elkaar te verbinden voor toepassingen in ‘eco-industrial parks’ of stedelijke
gebieden.
In 2013 is gestart met een nieuw project onder het EIT-programma Climate-KIC, te weten
WE4CC-II. Het EIT Climate-KIC is een Europees programma dat door een cluster van
bedrijfsleven en onderzoeksinstellingen in Nederland, Duitsland, Frankrijk, Engeland en
Zwitserland met een focus op innovaties op het gebied van klimaatmitigatie en
klimaatadaptatie. In WE4CC-II wordt met Nederlandse en Europese partners gewerkt aan de
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
12 / 19
ontwikkeling van innovatieve technologie op het gebied WE4CCII is gericht op de
technische demonstratie, evaluatie van business cases en implementatie van nieuwe
waardeketens voor de productie van zuiver water door gebruik te maken van laagwaardige
restwarmte (40-70C). Deze waardeketens zijn:
- de productie van ‘boilerfeed’ water met restwarmte van ‘power plants’
- drinkwaterproductie uit zeewater met restwarmte van gekoelde PVT systemen
- klimaatbeheersing met dessiccants in combinatie met waterproductie.
Twee nieuwe membraandestillatieconcepten, Memstill en een variant MD-HEX, staan
hierbij centraal. Daarnaast zal de cascadering met innovatieve dessiccant-systemen voor
luchtontvochtigen en temperatuurbeheersing worden verkend
Het project is in augustus 2013 gestart. In een startbijeenkomst met alle partners is nader
ingegaan op de geplande activiteiten per partner en de potentiële business cases. Daarnaast
wordt een extra case verkend, gericht op industriële koelwater- toepassingen.
Ten behoeve van de demonstraties en de voorbereidende testen is in samenspraak met een
apparatenbouwer, AquaStill, een lab/pilot-installatie ontwikkeld en gebouwd (zie foto).
Foto: Lab/ Pilot installatie voor Memstill toepassingen met restwarmte
Begin 2014 zullen de testen met deze installatie starten. Met Laborelec is gesproken over de
koppeling van de installatie met haar pilot voor koelwatersystemen, en met Naked Energy
over de koppeling met de koeling van de PVT systemen. Een software model (Matlab) is
ontwikkeld van de Memstill technologie om te worden gebruikt voor het doorrekenen en
simuleren van verschillende cases.
Daarnaast wordt het onderzoek in deze onderzoekslijn mede geprogrammeerd met het oog
op de ontwikkelingen in de Topsector Energie. Voorbeelden van technologie-ontwikkeling
die bijdraagt aan de ambities en roadmaps van de Topsector Water en Topsector Energie
zijn naast de MD-HEX-technologie die in WE4CCII getest wordt, nieuwe ontwikkelingen
zoals MemPower, een nieuwe technologie voor de gelijktijdige productie van schoon water
én arbeid/elektriciteit uit afvalwater en restwarmte. MemPower is gebaseerd op hoge-druk
membraandestillatie-technologie. Een schematische weergave van een apparaat dat
gebaseerd is op toepassing van deze technologie staat hieronder weergegeven.
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
13 / 19
Schematische weergave van een apparaat (links) gebaseerd op het MemPower-principe.
Energie wordt opgewekt door produktie van een destillaat onder druk als gevolg van
waterdampdiffusie tegen een hydraulische drukgradient.
Inmiddels is theoretisch en experimenteel bewezen dat bij membraandestillatie waterdamp
onder invloed van een temperatuurverschil kan stromen tegen een hydraulische drukgradient
zonder dat de waterflux sterk vermindert. Hiermee kunnen vermogensdichtheden van circa
3.5 W/m2 membraan behaald worden. Er zijn diverse potentiële markten zoals standalone
waterplants (alleen aangedreven door warmte), CSP-water plants, waarvoor deze
technologie mogelijkheden biedt.
Experimentele setup voor MemPower.
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
14 / 19
2.3 Verloop van het overleg in kennisarena’s en met stakeholders of andere gremia.
In 2013 is deelgenomen aan verschillende platforms en gremia. Voorop staat de deelname in
het TKI-Watertechnologie. TNO beoogt door deelname in het TKI-Watertechnologie een
verdere bijdrage te leveren aan het ontwikkelen van commercieel aantrekkelijk
doorbraaktechnologieën op het gebied van decentrale waterbehandeling en op het
demonstreren van deze technieken met KWR, Wetsus, Technische Universiteit Delft en
Wageningen Universiteit als partners in de kennisinfrastructuur en waterketen. Daarnaast is
het Europese Water Supply and Sanitation Technology Platform (WSSTP) belangrijk voor
het programmeren van de kennisagenda en het komen tot onderzoeksprojecten met
watertechnologiebedrijven en industriële eindgebruikers. In Nederland is daarnaast in 2013
geparticipeerd in meerdere bijeenkomsten van het Nutriëntenplatform en de klankbordgroep
voor het EIP-Water. In het kader van het EIP-Water heeft TNO een voorstel voor een
Action Group ‘Industrial Water Re-Use and Recycling’ ingebracht. Dit voorstel is als een
van de negen uit een totaal van 64 voorstellen geselecteerd. In de Action Group participeren
verschillende Nederlandse bedrijven uit de watersector. In 2013 is gestart met het
bijeenbrengen van het consortium en voorbereiden op verschillende calls. TNO is actief
betrokken bij branche-organisaties als AquaNederland en VML. Met deze organisaties is in
2013 in verdere uitwerking van een MKB-roadmap gemaakt die gericht is op het
ontwikkelen van minimaal één MKB-innovatieproject, meest waarschijnlijk met een focus
op watergebruik in de zorgsector.
2.4 Overzicht van mate van participatie in (inter)nationale onderzoeks-programma’s en
netwerken.
Zie paragraaf 2.3 voor de mate van participatie in Europese onderzoeksprojecten onder dit
Vraaggestuurde Programma. Er wordt voorts samengewerkt met:
Universiteiten zoals Technische Universiteit Delft, UNESCO/IHE, Universiteit
Twente en Technische Universiteit Eindhoven, Universiteit Utrecht, Wageningen
UR, zowel binnen projecten (bijvoorbeeld in de tuinbouw sector) als onderdeel van
programma’s (bv NWO/STW-programma’s).
Instituten als Deltares (projectniveau duurzaam water) en KWR.
Europese en nationale netwerken zoals European Water Platform (EWP), Water
Supply and Sanitation Technology Platform (WSSTP), Netherlands Water Centre
(NWC), Clean Tech Delta (CTD).
in Europese en nationale programma’s zoals Kennis voor Klimaat en KIC-Climate.
In de Water supply and sanitation Technology Platform wordt de Pilot ‘Industry’ door TNO
getrokken. Daarnaast is TNO actief in SUSCHEM, het Sustainable Chemistry Technology
Platform in Europa en in SPIRE (Platform ‘Sustainable Process Industry through Resource
and Energy efficiency).
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
15 / 19
2.5 Output: aantallen rapporten, artikelen in wetenschappelijke resp. vaktijdschriften,
dag- en weekbladen, geïnviteerde voordrachten en dergelijke.
Het Deelprogramma ‘Watertechnologie’ heeft in 2013 tot de volgende output geleid:
Meer dan 10 rapporten. Een belangrijk deel van de rapportages vindt tevens plaats
in het kader van de uitvoering van samenwerkingsprojecten zoals.
6 wetenschappelijke publicaties; daarnaast is nog een deel van de publicaties in
peer-review en wordt daarom pas in 2014 verwacht te verschijnen.
Meer dan 10 voordrachten en congresbijdragen.
Er zijn twee octrooi-aanvragen ingediend.
2.6 Beschrijving van het gebruik van behaalde resultaten: door wie en op welke wijze,
sprake van toepassing in opdrachten, zo ja welke.
De belangrijkste wijze van gebruik van de behaalde resultaten is via toepassingen van de
ontwikkelde technieken door watertechnologiebedrijven en industriële eindgebruikers. In
het geval octrooieerbare kennis verworven is dan kan dat door middel van een licentie.
Anderzijds is TNO betrokken bij projecten met marktpartijen waarbij technologieën die wel
getest zijn maar nog niet geaccepteerd zijn in de markt, via demo’s verder marktbestendig
gemaakt worden. Ten derde worden resultaten uit de onderzoeksprojecten aangewend voor
het ondersteunen van bedrijven bij de operationele uitvoering van
waterzuiveringsinstallaties. Dit kan het geval zijn bij vragen op het gebied van bijvoorbeeld
scaling.
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
16 / 19
3 Deelprogramma Deltatechnologie
3.1 Inleiding Deelprogramma
Deltatechnologie richt zich op de duurzame leefomgeving in een deltagebied. Wereldwijd
zijn verstedelijkte delta’s belangrijke regio’s voor economische bedrijvigheid. Meer dan
23% van de wereldwijde bevolking leeft op minder dan 100 kilometer van de kustlijn; de
bevolkingsdichtheid in kustgebieden is meer dan drie keer zo hoog als het wereldwijde
gemiddelde. Van de 16 steden met meer dan 10 miljoen inwoners liggen er 12 op minder
dan 100 km van de kust. Hier liggen grote verstedelijkingsopgaven die te maken hebben
met:
waterveiligheid, wateroverlast en droogte in een veranderend klimaat
duurzame infrastructuur en netwerken
leefbaarheid en een aantrekkelijk woon- en werkklimaat: Climate Proof Cities.
De Nederlandse GWW-sector en consultancy hebben internationaal een zeer sterke positie
als het gaat om het inspelen op en aandragen van oplossingen op deze terreinen. Een track-
record in de Nederlandse context, dat gezien kan worden als proeftuin voor innovaties op
het gebied van stedelijke ontwikkeling en deltatechnologie, speelt hierbij een belangrijke
rol.
In relatie tot ‘Deltatechnologie’ zet TNO in op de vraagstukken die liggen op het raakvlak
van water en stedelijke gebied. Innovatieve oplossingen voor overheid en bedrijfsleven
komen daarbij tot stand via:
Ontwikkelen en modelleren van nieuwe concepten en strategieën voor
waterveiligheid en duurzame stedelijke ontwikkeling, deels in opdracht van de
overheid en deels in opdracht van het bedrijfsleven.
Het bundelen van kennis en kunde in een ‘Centre-of-Excellence’ met kennis-,
overheids- en marktpartijen. Daarnaast leidt TNO op eenzelfde wijze consortia
binnen programma’s als Kennis voor Klimaat, waar voor TNO binnen de bestaande
kennisinfrastructuur, de nadruk ligt op klimaatvraagstukken in een verstedelijkte
delta.
Het testen van concepten in proeftuinen en fieldlabs. Deze labs bieden het
bedrijfsleven de mogelijkheid om innovaties te tonen en testen onder natuurlijke
omstandigheden waarmee voor afnemers de mogelijkheid bestaat om de
inpasbaarheid van innovatieve technieken te beoordelen. Daarnaast bieden fieldlabs
de mogelijkheid om onder gecontroleerde omstandigheden een nieuwe aanpak van
keten-partijen te testen. Een voorbeeld is het ontwikkelen van de fieldlabs ‘IJkdijk’
en ‘IJkviaduct’, waarin nieuwe meet- en monitoringsinstrumenten en strategieën
getest worden met partners uit het bedrijfsleven (veelal MKB’s).
Het ontwikkelen van beleidsinstrumenten en –modellen die gericht zijn op het
verbinden van belangen, kennis en instituties en doorbraken richting het
bedrijfsleven mogelijk maken.
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
17 / 19
3.2 Uitvoering en resultaten 2013
De uitvoering van dit deelprogramma heeft een sterke relatie met het Innovatiecontract
Deltatechnologie 2012 – 2013. Daarnaast is de uitvoering deels gekoppeld aan het
programma ‘Kennis voor Klimaat’ door de bijdrage die vanuit dit Deelprogramma geleverd
wordt aan het project ‘Climate Proof Cities’. Climate Proof Cities (CPC) is het
onderzoeksthema dat steden weerbaarder wil maken als het gaat om klimaatverandering –
het verhogen van het adaptief vermogen. Hiervoor ontwikkelt CPC strategieën voor het
omgaan met hitte in de stad en wateroverlast door hevige neerslag. Het project is in 2010
gestart en eindigt in 2014. TNO is coördinator van het consortium Climate Proof Cities dat
verder uit een samenwerkingsverband bestaat van universiteiten, onderzoeksinstituten en
andere partijen, die gezamenlijk onderzoek uitvoeren op het gebied van klimaatbestendige
steden, en uit Waterschappen en Gemeenten die mee sturing geven als stakeholders.
Opzet van het project Climate Proof Cities overeenkomstig de verschillende schaalniveaus
voor maatregelen.
Voor de voortgang van Cimate Proof Cities wordt verwezen naar het inhoudelijke rapport
over 20131. Belangrijke mijlpalen voor het project Climate Proof Cities waren in 2013:
De conferentie Klimaatbestendige stad samen met het Deltaprogramma
Nieuwbouw en Herstructurering op 24 januari.
Presentaties door verschillend onderzoekers op de ECCA conferentie in Hamburg.
Presentatie in de Metropolitan Solutions sessie op de Messe in Hannover op 10
april 2013.
De tweedaagse AIO "summerschool" bijeenkomst in september.
De werkconferentie handelingsperspectieven met de STOWA op 1 oktober 2013.
De consortium bijeenkomst eind oktober 2013 met een discussie over de
voorlopige conclusies van CPC.
1 http://knowledgeforclimate.climateresearchnetherlands.nl/publications/
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
18 / 19
In het verlengde van het onderzoek in het project Climate Proof Cities is in 2014 gestart met
een aanpak voor het integreren van klimaatadaptatie in asset management van infrastructuur
en openbare ruimte. In een valorisatieproject dat als onderdeel van het programma Kennis
voor Klimaat is uitgevoerd2, is dit mede als een belangrijk onderwerp voor innovaties naar
voren gekomen. Daarbij is vastgesteld welke bottlenecks er zijn in het traject om te komen
tot klimaatbestendige steden, en welke rol overheden, bedrijven en kennisinstellingen
kunnen spelen bij het zetten van stappen om de huidige knelpunten te overwinnen.
In het project is kennis ontwikkeld over de invloed van klimaatverandering (relevant voor
deltasteden) op infrastructuiur (stap 1) en welke duurzaamheidsaspecten relevant worden
gevonden bij beheer en ontwikkeling van infrastructuur (stap 2). Verder is geïnventariseerd
welke meetmethodes nu al worden ingezet om duurzaamheidsprestatie van infrastructuur te
bepalen en hoe planning (asset mangement) van infrastructuur wordt uitgevoerd. Vervolgens
is vastgesteld wat er moet gebeuren om planning en instrumenten sensitief te maken voor de
invloed van klimaatverandering (stap 3 en 4). Het resultaat is een voorzet voor de
uitwerking van een aanpak voor klimaatbestendig asset mangement. Deze zal in
samenwerking met de sector verder uitgewerkt en getest worden in 2014.
3.3 Verloop van het overleg in kennisarena’s en met stakeholders of andere gremia.
Het Deelprogramma ‘Deltatechnologie’ is gekoppeld aan de business case ‘Duurzame
Deltatsteden’ binnen het Innovatiecontract ‘Deltatechnologie’. Als zodanig draagt het
deelprogramma ‘Deltatechnologie’ bij aan de TKI-Deltatechnologie. Hierbij is in 2013 met
partners uit bedrijfsleven (Clean Tech Delta), kennisinstellingen en –programma’s (Deltares,
Kennis voor Klimaat), overheid (Gemeente Rotterdam, Provincie Zuid-Holland en het
ministerie van Infrastructuur en Milieu) gewerkt aan een cluster ‘Duurzame Deltatsteden’ in
de regio Rotterdam-Delft-Drechtsteden dat moet leiden tot een open innovatieprogramma op
het gebied van drijvend bouwen en klimaatadaptieve inrichting van deltasteden.
3.4 Overzicht van mate van participatie in (inter)nationale onderzoeks-programma’s en
netwerken.
TNO werkt binnen het Deelprogramma ‘Deltatechnologie’ samen met kennisinstellingen
(zoals Deltares, Technische Universiteit Delft, Technische Universiteit Eindhoven,
Wageningen UR), overheid en marktpartijen. Dit gebeurt in nationaal en internationaal
verband. Onze betrokkenheid wordt zichtbaar door:
Nationaal:
Kennisplatform Deltaprogramma/Programma Nieuwbouw en herstructurering
Rotterdam/Clean Tech Delta
Kennis voor Klimaat
Internationaal:
Knowledge and Innovation Centre (KIC) Climate
JPI-Clic Europe, JPI Urban Europe
2 http://kennisvoorklimaat.klimaatonderzoeknederland.nl/HSRR3.7
TNO-rapport │ TNO 2014 R10408
19 / 19
3.5 Beschrijving van het gebruik van behaalde resultaten: door wie en op welke wijze,
sprake van toepassing in opdrachten, zo ja welke.
Een belangrijk deel van de resultaten uit dit programma wordt rechtstreeks ingebracht in het
Programma Nieuwbouw en Herstructurering. Daarnaast is in 2013 het programma
Klimaatbestendige Stad, een samenwerking tussen Waterschappen en Gemeenten, gestart
dat tevens ondersteund wordt vanuit dit programma. Een tweede wijze van toepassing is in
samenwerking met bedrijven en als inbreng in consortia op het gebied van toegepast
onderzoek en advisering. Hierbij wordt partners toegang verleend tot de kennis en resultaten
uit publiek gefinancierd onderzoek.