Voedingseiwitten maken van afvalwater: klaar voor opschaling

Het Belgische Avecom is een spin-off bedrijf van de Universiteit van Gent, gespecialiseerd in het ontwikkelen en optimaliseren van microbiële processen. In het geval van Power-to-Protein gaat het om de benutting van stoffen uit afvalwater, vooral ammonium, zodat geen energie nodig is in de afvalwaterzuivering om dit uiteindelijk om te zetten naar stikstofgas, en gelijktijdig hoogwaardige eiwitten worden geproduceerd.

Fase 1,2 en 3

Boeren legt uit hoe in fase 1 van het project samen met projectpartners een deskstudie is gedaan naar de technische en economische haalbaarheid van het Power-to-Protein concept. Vervolgens zijn in fase 2 pilots uitgevoerd en in de recent afgeronde fase 3 hebben modelstudies ertoe geleid dat nu een zo optimaal mogelijke reactor kan worden gebouwd. “Dankzij de modellering kunnen we beter inschatten hoe de fermentatieprocessen zich in een grotere reactor zullen afspelen”, zegt Boeren. “De aannames uit eerdere pilots zijn nu onderbouwd. Dat helpt enorm om de volgende stap te maken.”

Waterstof

De modelstudie is uitgevoerd door KWR, en onderzoeker Frank Oesterholt geeft een toelichting op wat zijn collega’s hebben uitgezocht. “Tijdens de pilotfase stuitten we op een probleem. De bacteriën die de ammoniumstikstof uit afvalwater omzetten in hoogwaardige eiwitten, hebben daarvoor waterstof nodig als energiebron, samen met zuurstof en CO2. In de reactor moeten we deze gassen oplossen, zodat de bacteriën erbij kunnen. Voor zuurstof en CO2 lukte dat goed, maar met waterstof niet. We moesten dus een manier vinden om de stofoverdracht vanuit de gasbelletjes van waterstof naar de biomassa in de reactor te verbeteren.”

Drie ontwerpaspecten

Uiteindelijk kwamen uit de modelstudie drie aspecten naar voren om in het ontwerp van een reactor voor grootschalige eiwitproductie rekening te houden: de grootte van de waterstofbellen, de druk in de vloeistofkolom en de hoogte-breedteverhouding van de reactor. Het meest geschikte reactortype is de zogenoemde bubbelkolomreactor: een reactor die bekend staat vanwege de hoge prestaties op het gebied van de massaoverdracht van gas naar vloeistof. Boeren is blij met deze inzichten: “We weten nu waarmee we in het vervolgtraject rekening moeten houden. Maar eerst moeten we de funding vinden die daarvoor nodig is. Het opschalen kost al snel enkele miljoenen euro’s. Daarnaast moeten we uitwijken naar een andere locatie, want met zo’n grootschalige pilot lopen we bij Avecom tegen onze grenzen aan. We zoeken daarom de samenwerking met waterschappen.”

Duurzaamheid en innovatie

Op de vraag of Waternet voor zo’n samenwerking zou voelen, kan het waterbedrijf op dit moment nog geen ja of nee zeggen. In voorgaande fases van Power-to-Protein was Waternet projectpartner. Chief Innovation Officer Jan Peter van der Hoek legt uit dat Waternet wel op de hoogte is van de modelstudie, maar de resultaten nog niet heeft gezien. “We hebben in fase 3 van het project niet meegedaan omdat dit een academische studie was. Dat is niet aan ons, maar aan de kenniscentra. Maar als duidelijk is geworden hoe de bottleneck in de technologie kan worden opgelost, is het mogelijk interessant om weer aan te haken. Bij Waternet staan duurzaamheid en innovatie hoog in het vaandel. Het concept van Power-to-Protein past uitstekend in dat plaatje.”

Aanpassing zuiveringsproces

Een van de manieren waarop Waternet duurzaamheid in praktijk brengt, is slibvergisting. De CO2 die hierbij vrijkomt, één van de componenten van biogas naast methaan (CH4), kan uitstekend worden gebruikt in het reactorproces voor eiwitproductie. De andere component uit de vergisting van slib is ammonium – de benodigde stikstofbron. Maar om dit te kunnen winnen moet wel het zuiveringsproces worden aangepast, vertelt Van der Hoek. “We moeten zowel het technische verhaal rondkrijgen als wat dit gaat kosten. Want uiteindelijk draait het om de vraag: ligt er een goede businesscase?”

“Uiteindelijk draait het om de vraag: ligt er een goede businesscase?”

Goedkeuring Europese Unie

Een andere uitdaging om de productie van hoogwaardige eiwitten uit afvalwater in praktijk te brengen, wordt genoemd door Boeren. “Ook al doen we technisch gezien alles perfect, de eiwitten kunnen pas worden verkocht als de Europese Unie dit goedkeurt. De eerste target van de eiwitten is het vervangen van dierlijke eiwitten. De vleesvervangers die nu in de winkel liggen, zijn vaak gebaseerd op soja. Wij willen daar een product op basis van microbiële eiwitten naast leggen. Deze hebben als voordeel dat ze koolstofnegatief zijn, want bij de productie wordt CO2 gebruikt. Daarmee zitten we op een duurzamer spoor dan de huidige plantaardige en dierlijke eiwitten waar de consument voor kan kiezen. Vanuit de voedingsmiddelenindustrie bestaat al interesse. Veel Nederlandse bedrijven die op zoek zijn naar alternatieve eiwitten hebben contact met ons gezocht.”

Wereldvoedselprobleem en kringloopsluiting

De toekomst die Boeren en Van der Hoek met de microbiële eiwitten voor zich zien, sluit naadloos aan op de toestand in de wereld. Ze noemen de mogelijkheid van de technologie om onafhankelijk van andere regio’s eiwitten te produceren. “Kijk naar de huidige voedselcrisis”, zegt Van der Hoek. “Het blijkt dat we voor onze eiwitten uit tarwe erg afhankelijk zijn van Oekraïne. Dit laat zien hoe relevant het is om alternatieven voor onze grondstoffen te vinden.” Boeren vult aan: “Als we het wereldvoedselprobleem zoveel mogelijk aanvliegen vanuit het perspectief van een gesloten kringloop, zoals met deze technologie gebeurt, zijn we ook nog eens bijzonder duurzaam bezig. Het opereren in TKI-verband heeft ervoor gezorgd dat we in korte tijd hebben kunnen laten zien dat het werkt. Nu is het zaak de financiën te vinden om te kunnen doorstoten naar een grotere schaal. Want het mag niet zo zijn dat deze veelbelovende technologie in een interessante fase van ontwikkeling zou stranden.”

“Als we het wereldvoedselprobleem zoveel mogelijk aanvliegen vanuit het perspectief van een gesloten kringloop, zoals met deze technologie gebeurt, zijn we ook nog eens bijzonder duurzaam bezig.”