Gaat dit TU-patent de stikstofcrisis verlichten?

“Onzin”, vond ze het dat Nederland zich overvallen voelt door de stikstofcrisis. Medisch historicus dr. Floor Haalboom (Erasmus MC) deed eind oktober voor Studium Generale in Delft de geschiedenis van het mestprobleem uit de doeken. “De stikstofcrisis is al sinds de jaren zestig van de vorige eeuw in de maak en een direct resultaat van het veevoer.”

Sinds meer dan zestig jaar bestaat dat mengvoer voor vee voornamelijk uit mais, soja, visolie en cassave uit het zuidelijk halfrond. Grazende koeien in de wei is een achterhaalde pastorale fantasie, zo hield Haalboom haar publiek voor.

Mengvoeder werd halverwege de vorige eeuw door de Nederlandse veearts Jan Grashuis ontwikkeld, vertelde Haalboom. Maar Grashuis – what’s in a name – had ook gezegd dat het maar op één van de zes boerderijen gebruikt kon worden. De anderen moesten op reststromen blijven draaien.

‘De stikstofcrisis in de veehouderij is oplosbaar’

Die kanttekening ging verloren en veehouderijen veranderden in superefficiënte factory farms met dank ook aan diergeneesmiddelen. Geïmporteerde stikstof uit de hele wereld stapelde zich in de vorm van ammoniak (NH₃) op in Nederlandse mestkelders. Tot het niet meer ging. Haalboom bracht als historicus het hele proces in kaart.

Drie jaar geleden alweer liep de superefficiënte melk- en vleesindustrie vast op het mestoverschot en de stikstofdeposities: ammoniak die in naastgelegen natuurgebieden belandde.

Er gaan vele stemmen op om de productie van mest terug te brengen. Ook techniek kan helpen, door de stikstofuitstoot in de vorm van ammoniak verminderen. Wat te denken, bijvoorbeeld, van de technologie uit een TU-patent waarmee de Delftse startup MEZT werkt?

Mest onder stroom

^{Tobias Opschoor en Ed Sibeijn testen het MEZT-prototype in Delfgauw. (Foto: Jos Wassink)}

“De stikstofcrisis in de veehouderij is absoluut oplosbaar”, zegt TU-alumnus Ed Sibeijn (61) opgewekt nadat hij het prototype van deze technologie, een mestfilter, heeft laten zien. Sibeijn en oud-studiegenoot Adriaan Lieftinck (60) kwamen elkaar twee jaar geleden bij toeval weer tegen, het werkzame leven achter de rug. Het leek hen boeiend om met techniek een positieve bijdrage te leveren aan een actueel probleem: de stikstofcrisis.

Ze besloten een TU-patent dat ammoniak uit mest kan verwijderen verder te ontwikkelen. Dat patent was in 2019 aangevraagd door afvalwaterprofessor Jules van Lier en Henri Spanjers van de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen en hun oud-promovendus Niels van Linden (nu R&D-coördinator bij Lenntech Waterbehandeling). Sinds afgelopen juni draait MEZT ermee proef in een container op het industrieterrein van Lenntech in Delfgauw.

^{Tobias Opschoor toont twee mest-samples. Het ene buisje bevat 70 procent minder minder kalium en ammonia dan het andere. (Foto: Jos Wassink)}

Het proces
TU-alumnus Tobias Opschoor (29), ontwikkelingsingenieur bij MEZT, houdt twee buisjes met vloeibare mest voor de lens. Op het oog zijn ze gelijk: helder buisje, dunne bruine vloeistof onder een rode dop. Alleen bevat het rechterbuisje 70 procent minder kalium en ammonia dan het linker.

Hoe kan dat? De kern van de opstelling zijn in staal gevatte stapelingen (‘stacks’) met speciale membranen die alleen geladen ionen doorlaten. De membranen scheiden een dunne meststroom van twee heldere vloeistofstromen. Een elektrische spanning over de membranen trekt positieve ionen zoals kalium (K⁺ ) en ammonia (NH₄⁺ ) uit de mest de ene kant op, dat is vloeistofstroom één. Chlorideionen (Cl^–) en carbonaat (HCO₃^–) worden juist naar de andere kant getrokken en vormen zo de tweede vloeistofstroom.

Dan volgt de terugwinning. Uit de eerste stroom worden kalium en ammonia (NH₃) gewonnen als grondstof voor circulaire emissiearme kunstmestvervangers. De reststroom, of meststroom waar de ionen uit zijn gehaald, kan na meerdere passages retour naar een mestopslag. Uit de mest valt met vergisting biogas (methaan) te produceren.

Uit de tweede vloeistofstroom valt CO₂ te winnen en een zuur. Wat daarmee te doen? Van Lier zegt daarover: “Mocht je niet geïnteresseerd zijn in de zuren zou je ook met twee compartimenten kunnen werken in plaats van drie. De cel heeft dan minder weerstand en dus een lager energieverbruik om NH³ terug te winnen.”

^{De hele opstelling past in een 20-voets container. (Foto: Jos Wassink)}

Samenwerking
Een unit zoals in de Delfgauwse proefcontainer kan honderd tot tweehonderd liter dunne mest per uur verwerken. Dat is voldoende voor een bedrijf tot tweehonderd koeien, vertelt Sibeijn. MEZT heeft als doel om volgend jaar vijf units in bedrijf te hebben. Dat moet doorgroeien tot tweeduizend units op grote veehouderijen in 2030. Volgens Sibeijn kan daarmee 25 procent van de nationale ammoniakuitstoot worden teruggewonnen.

‘Biologen, chemici, technici, boeren, ecologen en economen moeten samenwerken’

Daarmee is de startup nog niet klaar met ontwikkelen. MEZT is partner in een gezamenlijk onderzoeksvoorstel van de TU Delft en de Wageningen Universiteit. Het voorstel aan NWO behelst het onttrekken van kalium en stikstof met elektrodialyse in combinatie met biochar. Dat is de koolstof die achterblijft na vergassing van biomassa. Biochar kan stikstof en kalium uit het elektrodialyseproces binden en de meststoffen langzaam laten verspreiden in de bodem, vrijwel zonder emissies naar de lucht en het grondwater.

Het initiatief hiervoor komt van onderzoeker hernieuwbare processen Mahinder Ramdin, verbonden aan de afdeling process & energy van de faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme techniek en Technische Materiaalwetenschappen (3mE). “Biologen, chemici, technici, boeren, ecologen en economen moeten hierin allemaal samenwerken”, zegt Ramdin. “Want uiteindelijk hangt alles van de kosten af.”

Een waarheid als een koe, kun je zeggen. Want een techniek mag veelbelovend zijn voor het milieu, maar zolang de boer er geen baat bij heeft, gaat hij er niet in investeren. 

^{“Grazende koeien in de wei is een achterhaalde pastorale fantasie”, stelt medisch historicus Floor Haalboom. (Foto: Pxhere)}