Meerjaren Speurwerkprogramma 2011-2014 en Deltatechnologie · Voortgangsrapportage 2013 VP Water...

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

[email protected]

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


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


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.


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


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.


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


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.


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.


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.


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:


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

http://www.resfood.eu/


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.


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.


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.


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).


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.


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.


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/

http://knowledgeforclimate.climateresearchnetherlands.nl/publications/


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.


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


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.

Meerjaren Speurwerkprogramma 2011-2014 en Deltatechnologie · Voortgangsrapportage 2013 VP Water...

Documents

Transcript of Meerjaren Speurwerkprogramma 2011-2014 en Deltatechnologie · Voortgangsrapportage 2013 VP Water...