Een wereld zonder fosfor is een wereld zonder leven. Maar fosfor is een eindige hulpbron, dus onderzoekers halen het uit rioolwater.

Volgens het online persbureau ABC Nyheter in Noorwegen, de fosforcrisis is misschien wel de minst bekende noodsituatie in de wereld van vandaag. De Noorse nieuwswebsite forskning.no zegt dat veel wetenschappers waarschuwen voor een toestand van "piek fosfor, " vergelijkbaar met de uitdrukking "piekolie".

De adoptie van recycling en een circulaire economie zijn dus essentieel om ervoor te zorgen dat dit essentiële element niet verloren gaat. Dit is waar een onderzoeksproject genaamd Recover om de hoek komt kijken. Met SINTEF als onderzoekspartner, in samenwerking met NTNU en de Norwegian University of Life Sciences (NMBU), dit vitale element kan worden teruggewonnen.

"De rol van SINTEF in het Recover-project is voornamelijk het ontwikkelen van afvalwaterzuiveringsprocessen die ervoor zorgen dat fosfor wordt teruggewonnen met zo min mogelijk energie, " zegt Herman Helness, een Senior Onderzoeker bij SINTEF. "We werken aan een op voorwaartse osmose gebaseerde aanpak die mogelijk geschikt is voor rioolreinigingsinstallaties aan de kust, " hij zegt.

Een eindige hulpbron – zowel fysiek als politiek

Maar voordat Helness in detail uitlegt hoe voorwaartse osmose werkt, een beetje over het belang van het terugwinnen van fosfor - een element dat in veel opzichten merkwaardig is.

Bijvoorbeeld, het gloeit in het donker en is zelfontbrandend.

"Fosfor is een eindige hulpbron, niet alleen fysiek, maar ook politiek "zegt Helness. "Het meeste wordt gevonden in de door Marokko bezette westelijke Sahara, en in China. Dus, in politiek opzicht, het is wenselijk om alternatieve bronnen te identificeren, " hij zegt.

Fosfor komt veel voor in rioolwater, en het doel van het project is om het terug te winnen voor gebruik als meststof. Momenteel, een slibresidu dat overblijft na de reiniging van afvalwater wordt gebruikt voor verspreiding op velden om de bodemkwaliteit te verbeteren.

Echter, experimenten tonen aan dat dit geen bijzonder effectieve manier is voor bodems om de fosfor en stikstof in het slib te benutten.

Bovendien, Noorse wettelijke voorschriften voor de productie van kunstmest stellen strenge eisen aan de behandeling en het gebruik van slib. Voor het grootste gedeelte, deze kwaliteitseisen behandelen problemen in verband met geur, concentraties van zware metalen en het verwijderen van bacteriën.

"Toekomstige regelgeving zal waarschijnlijk beperkingen opleggen aan het vermogen van boeren om slib als landbouwmest te gebruiken vanwege vereisten met betrekking tot het maximale gehalte aan fosfor in het slib, ", zegt Helness. Dit is een voldoende extra stimulans om methoden te vinden waarmee fosfor uit het slib kan worden teruggewonnen en effectiever dan in het verleden kan worden geëxploiteerd, " hij zegt.

Geschikt voor rioolreinigingsinstallaties aan de kust

SINTEF is op het idee gekomen dat voorwaartse osmose kansen kan bieden voor een meer optimale benutting van fosfor. Dit gebeurt door het water door een semi-permeabel membraan te sturen. Tijdens dit proces, de watermoleculen bewegen van een oplossing met een hogere waterconcentratie naar een met een lagere waterconcentratie.

Vooral, de methode is geschikt voor rioolreinigingsinstallaties aan de kust waar hoge zoutconcentraties in het zeewater het water in het afvalwater gemakkelijk door het membraan laten passeren. Alle organische deeltjes en elementen zoals stikstof en fosfor worden aan de afvalwaterzijde teruggehouden.

"Het principe van osmose betekent dat er geen extra energie hoeft te worden ingebracht om het gewenste effect te bereiken, " legt Helness uit. "Het water dat in de zee stroomt, is zeer goed schoongemaakt, en we blijven zitten met een geconcentreerde stroom slib aan de afvalwaterzijde waaruit we de fosfor kunnen terugwinnen, " hij zegt.

Laboratoriumexperimenten met afvalwater, of riolering, are commonly carried out using "artificial" sewage. But SINTEF believes that this isn't good enough. Experiments at the laboratory at Gløshaugen in Trondheim use real sewage diverted from neighboring buildings.

Mitigating water shortages

We have adequate supplies of freshwater in Norway, but water shortages are becoming a growing problem in many parts of the world. Many countries produce fresh water from salt water by using reverse osmosis membrane technology. The problem is that this is an energy-intensive process.

"When the cleaned sewage water mixes with the salt water along the coast, the salt water becomes diluted, " says Helness. "And because there is less salt in this water than in normal sea water, the process of making fresh water is less energy-intensive, " hij legt uit.

The researchers are currently working to calculate the costs involved in applying this method. The principle of osmosis means that the wastewater stream, or sludge, is more concentrated. Less volume means that the sewage cleaning plants can be smaller. Less energy is used to recover the phosphorous from the sludge.

The method being developed by SINTEF is new and is not currently being applied.

Voor zijn deel, NTNU is conducting experiments on the biological recovery of phosphorous. Deze methode, which is currently being applied at a full-scale plant in Hamar, involves the cultivation of a group of phosphorous-accumulating microorganic bacteria. NTNU aims to optimize this approach.

"This is a major contribution towards achieving a circular economy, " says Helness. "Our short-term vision is to adapt Norwegian and global value chains to the idea of resource recycling and achieve a viable market, " hij zegt.