Één technologie, drie keer winst: van zeewater naar drinkwater, zout en energie

Voor de productie van waterstof is een elektrolyser nodig die water splitst in waterstof en zuurstof. Deze elektrolyser verbruikt nu nog aanzienlijke hoeveelheden zoet water: 11 miljoen m³ water per jaar voor die acht gigawatt, ofwel 1% van de drinkwatercapaciteit in Nederland. 'Dat legt een aanzienlijk beslag op de beschikbare voorraad zoet water, zeker in droge periodes’, zegt Irma Steemers-Rijkse, programmaleider Circulaire Watertechnologie. ‘Bovendien komt er bij elektrolyse veel restwarmte vrij, waardoor nog meer water nodig is om de installatie te koelen. Helemaal duurzaam is dat niet.'

Het kan ook anders: uit zeewater. Met een proces genaamd omgekeerde osmose is zoutwater te veranderen in zoet water. Maar een liter zeewater levert slechts een halve liter zoet water op. Steemers-Rijkse: ‘Omgekeerde osmose kost bovendien energie, wat natuurlijk niet ideaal is bij de productie van duurzame energie.’ Daarnaast leidt het ook tot restwarmte en een stroom zeer zout water, genaamd brijn. ‘Op het land zorgt dat brijn voor verzilting van de bodem. Dat is een probleem voor de teelt van gewassen. Aan de kust is een te hoge concentratie zout schadelijk voor het onderwaterleven. Het gebruik van zout water voor waterstofproductie kent ook dus meerdere nadelen.’

Efficiënt van zout naar zoet
Daarom zochten Steemers-Rijkse en haar collega’s eerst naar een methode om de productie van zoet water efficiënter te maken. Die vonden ze in membraandestillatie, een proces waarbij water wordt opgewarmd. Daar was de restwarmte goed voor te gebruiken. Door het verwarmen ontstaat waterdamp dat met een membraan wordt gescheiden van het vloeibare water. De zouten uit het zeewater blijven in de vloeistof achter; de waterdamp is puur water. ‘Membraandestillatie levert genoeg water op voor de productie van waterstof en zelfs nog meer. Denk aan drinkwater en water voor landbouw en industrie’, zegt ze. 

‘De hoeveelheid brijn die overblijft, is vervolgens veel kleiner: een sterk geconcentreerde stroom zout water’, gaat Steemers-Rijkse verder. ‘Je kunt brijn blijven zien als iets waar je vanaf moet, maar je kunt ook kijken of je iets nuttigs met dat zout kunt doen.’ Zo ontstond het idee om meerdere technologieën te combineren. 

Keukenzout uit brijn halen
De onderzoekers hadden al een proof-of-concept voor het winnen van zout uit brijn: membraandestillatiekristallisatie. Dat proces maakt ook weer gebruik van de restwarmte van de elektrolyser. Bij membraandestillatiekristallisatie wordt het proces van membraandestillatie gecombineerd met het kristalliseren van het keukenzout (NACl). Dat gebeurt door een ander zout toe te voegen dat beter oplosbaar is. Het keukenzout vormt dan kristallen, die de onderzoekers kunnen oogsten. 

De komende twee jaar willen de onderzoekers deze methode voor zoutwinning verder ontwikkelen. Steemers-Rijkse: ‘We willen bijvoorbeeld weten of het zout zich niet op de verkeerde plekken in de installatie ophoopt. De vraag is ook of het lukt om puur keukenzout te verkrijgen en niet een mengsel van verschillende zouten.’ 

Als de onderzoekers het voor elkaar krijgen om keukenzout te winnen, dan willen ze ook andere zouten uit het brijn winnen. ‘Hetzelfde trucje werkt ook met andere zouten, maar daar kunnen we alleen mee aan de slag als het winnen van keukenzout, lukt en rendabel is.’ Op het wensenlijstje van Steemers-Rijkse staan ook mineralen, zoals fosfor voor de tuinbouw, magnesium voor de farmaceutische industrie en lithium voor mobiele telefoons.

‘Het mooie is dat je dus aan meerdere knoppen kunt draaien om het rendabel te krijgen’, zegt ze. ‘Wil je zoveel mogelijk zoet water produceren, dan zet je daar zoveel mogelijk van de restwarmte van de elektrolyser voor in. Wil je zout winnen, kun je alleen gaan voor keukenzout of doorgaan tot je verschillende zouten hebt gewonnen. Hoe meer stappen je neemt in het proces van zoutwinning, hoe minder restwarmte er verloren gaat. De warmte die dan nog over is, kun je zelfs nog gebruiken voor het opwekken van meer elektriciteit. Als je meerdere processen combineert, kun je ze optimaal gebruiken en heb je de meeste winst.’

Steemers-Rijkse: ‘SeaHydrogen is niet alleen interessant voor de productie van duurzame energie. Het is ook handig voor fabrieken met laagwaardige restwarmte, of de warmte die vrijkomt uit datacentra. Andere bedrijven willen juist iets met hun afvalwater.’ Zo is er een samenwerking gestart met Aviko, die al zijn afvalwater wil hergebruiken. Ook Circle Infra Partners is aangehaakt, een bedrijf dat het afvalwater van de fabrieken op het Limburgse Chemelot industrieterrein verwerkt. Deze partner wil stoppen met het lozen van afvalwater in de Maas. Tot slot is ook zoutproducent Nobian bij het onderzoek betrokken. Dit bedrijf wil op een efficiëntere en duurzamere manier zout maken. ‘Over twee jaar hopen we dat onze technologie voor het benutten van brijn binnen het SeaHydrogen concept ver genoeg ontwikkeld is, samen met de praktijk.’