Snellere grondwaterreiniging door warmte-koudeopslag

Persbericht

Snellere grondwaterreiniging door warmte-koudeopslag

Gepubliceerd op
3 december 2015

Warmte-koudeopslag is meer dan een duurzame energiebron. Door het systeem van opslag en onttrekking van warmte en kou is vervuild grondwater zeker tien keer sneller schoon te maken dan met bestaande technieken. Dat toont promovendus Zhuobiao Ni van Wageningen University aan in zijn proefschrift, dat hij op 8 december verdedigt.

Foto: Zhuobiao Ni (foto Wageningen UR)

Warmte-koudeopslag (WKO) wordt gebruikt om in de zomer warmte uit huis op te slaan in het grondwater. In de winter wordt de energie weer gebruikt als verwarming van woningen of andere gebouwen. Met deze technologie is ’s zomers en ’s winters een optimaal binnenklimaat in woning of kantoor te creëren, zonder gebruik van fossiele bronnen.

Vervuild grondwater

Een WKO-systeem wordt nu in principe alleen toegepast bij schoon grondwater, uit angst voor verspreiding van bodemvervuiling. Nederland telt echter ongeveer 11 duizend locaties waar de bodemvervuiling risico’s met zich meebrengt bij huidig of toekomstig gebruik. Vaak komt die vervuiling door gechloreerde oplosmiddelen uit voormalige chemische wasserijen. Die locaties zijn vooral in steden te vinden − waar WKO’s juist goed toepasbaar zijn. Oppompen en behandelen van het door de bodemverontreiniging vervuilde grondwater kan, maar dan staat er twintig tot dertig jaar een pomp te draaien. Ook bij biologische bodemsanering ter plaatse duurt het meestal enkele tientallen jaren om deze verontreinigingen af te breken. Het is bovendien erg duur.

Snellere bodemsanering

De Wageningse promovendus Zhuobiao Ni toont nu echter aan dat warmte-koudeopslag de biologische bodemsanering stimuleert en versnelt. Het systeem is net een wasmachine: in de buizen die de grond in gaan beweegt het water heen en weer. De micro-organismen die de verontreiniging ‘opeten’, gaan zich daardoor hechten aan de vuile bodemdeeltjes, blijkt uit laboratoriumproeven, en kunnen zo extra veel vervuiling opnemen. De organismen zoeken bovendien de warme put op waar ze zich veel sneller vermeerderen. “Het is een zichzelf versterkend proces waardoor de bacteriën tot een factor tien meer vervuiling opnemen en onschadelijk maken”, vertelt Ni’s copromotor Tim Grotenhuis van de Environmental Technology Group van Wageningen University. Als het in de praktijk net zo vlot verloopt als in het lab, bereikt de combinatie van WKO en biologische sanering in drie jaar evenveel als de huidige technieken in dertig jaar. Bovendien is het veel goedkoper, vertelt Grotenhuis. In situ bodemverontreiniging in het stationsgebied van Utrecht zou zo’n 100 miljoen euro hebben gekost, met de ‘biowasmachine’ 11 miljoen, becijferden de onderzoekers.

Links: Zomersituatie. De zon verwarmt het gebouw. Het gebouw wordt gekoeld met grondwater uit de koude bron (blauw). De verontreiniging (CVOC=oplosmiddel uit chemische wasserijen) wordt via de ondergrondse warmtewisselaar gepompt naar de warme bron waar de versnelde biologische afbraak tot onschadelijke producten (etheen) afbreekt door de bacteriën. Lactaat draagt bij aan optimale omstandigheden voor biologische afbraak. De aanwezigheid van nitraat kan leiden tot neerslagen in de bron. In een aparte studie is onderzocht hoe neerslagen voorkomen kunnen worden.     Rechts: Wintersituatie. Het gebouw wordt verwarmd met grondwater uit de bron die warm is geworden door de opslag van warmte in de zomer (rood). De meeste bacteriën blijven in deze bron aan de bodem vastzitten om langskomende CVOC-verontreiniging af te breken. Een klein deel van de bacteriën stroomt langs de warmtewisselaar naar de koude bron. Ook hier kan de CVOC-afbraak een beetje gestimuleerd worden.
Links: Zomersituatie. De zon verwarmt het gebouw. Het gebouw wordt gekoeld met grondwater uit de koude bron (blauw). De verontreiniging (CVOC=oplosmiddel uit chemische wasserijen) wordt via de ondergrondse warmtewisselaar gepompt naar de warme bron waar de versnelde biologische afbraak tot onschadelijke producten (etheen) afbreekt door de bacteriën. Lactaat draagt bij aan optimale omstandigheden voor biologische afbraak. De aanwezigheid van nitraat kan leiden tot neerslagen in de bron. In een aparte studie is onderzocht hoe neerslagen voorkomen kunnen worden. Rechts: Wintersituatie. Het gebouw wordt verwarmd met grondwater uit de bron die warm is geworden door de opslag van warmte in de zomer (rood). De meeste bacteriën blijven in deze bron aan de bodem vastzitten om langskomende CVOC-verontreiniging af te breken. Een klein deel van de bacteriën stroomt langs de warmtewisselaar naar de koude bron. Ook hier kan de CVOC-afbraak een beetje gestimuleerd worden.

Duurzame energiebron

Grotenhuis: “De combinatie van WKO en biologische grondwaterreiniging is daarmee een duurzaam huwelijk tussen duurzame energieproductie en grondwaterreiniging. Bodemenergie is bovendien belangrijk voor de energietransitie. Het is minder zichtbaar dan zon en wind, maar wordt, misschien ook daardoor, vaak over het hoofd gezien als duurzame energiebron.” WKO’s kunnen bovendien gekoppeld worden, waardoor een smart grid ontstaat. Bedrijven met een warmteoverschot kunnen zo bijvoorbeeld woningen verwarmen, en woningen die bedrijven weer helpen koelen.

Hogere grondwatertemperatuur

Eerder toonden de Wageningse milieutechnologen al aan dat het in chemisch en biologisch opzicht geen bezwaar is als de gemiddelde grondwatertemperatuur over het jaar omhoog gaat. Nu is 10 graden Celsius de norm (met een warme put van circa 17 graden en een koude put van rond de 5 graden), maar het gemiddelde kan volgens de onderzoekers ook 25 tot 30 graden Celsius worden.

Ni publiceerde in november met collega’s in het toptijdschrift voor milieutechnologen Environmental Science & Technology (EST). Het onderzoek van Ni werd onder meer mogelijk gemaakt door Deltares, Brabant Water, BioClear en IF Technology.