Gates sponsort magnetron-wc

Water is op sommige plekken op aarde een schaars goed en riolering ontbreekt al helemaal op veel plekken. Delftse onderzoekers werken daarom aan een nieuwe technologie om menselijke uitwerpselen te verwerken zonder aansluiting op water, energie of riolering. Het toilet moet betaalbaar zijn voor mensen in ontwikkelingslanden. De wetenschappers hebben hiervoor deze zomer ongeveer een half miljoen euro subsidie gekregen van de Bill & Melinda Gates Foundation.

Dr. Georgios Stefanidis, expert op het gebied van procesintensivering (3mE), is een van de onderzoekers die oorspronkelijk met het idee kwamen. Hij licht toe: “We gebruiken microgolftechnologie om uitwerpselen om te zetten in elektriciteit. Met deze innovatieve benadering hopen we een ontwerp en een modulair prototype te realiseren voor een complete toiletvoorziening die geschikt is voor gebruikers in ontwikkelingslanden.”

Bij het proces worden de uitwerpselen allereerst gedroogd. Vervolgens wordt het afval vergast met plasma dat door microgolven wordt gemaakt. Door dit proces ontstaat syngas, een mengsel van koolmonoxide en waterstof. Het syngas wordt vervolgens door vaste-oxide-brandstofcellen gebruikt voor het opwekken van elektriciteit.

Stefanidis: “Om het proces energetisch zelfvoorzienend te maken, wordt een deel van de geproduceerde elektriciteit gebruikt om plasmavergassing te activeren, waarbij we de warmte die wordt teruggewonnen uit de syngas-stroom en uit de uitlaatgassen van de brandstofcellen gebruiken voor het drogen van het afval. De eerste berekeningen laten zien dat plasmavergassing met behulp van microgolven energetisch zelfvoorzienend zou kunnen zijn.”

De Bill & Melinda Gates Foundation heeft de beurs in juli aangekondigd op de AfricaSan-conferentie in Rwanda als onderdeel van meer dan veertig miljoen dollar aan nieuwe investeringen op het gebied van water, sanitaire voorzieningen en hygiëne. Over de hele wereld beschikken circa 2,6 miljard mensen nog niet over veilig, betaalbaar sanitair. Slechte sanitaire voorzieningen hebben desastreuze gevolgen voor de gezondheid. 

“Welcome in my laboratory”, says PhD student Tobias Pfeiffer, “as long as you didn’t bring sandwiches with you.” Eating in the laboratory is against the safety rules and, Pfeiffer adds, just plain stupid.
Pfeiffer makes magnesium nanoparticles, which are particles that might one day be used as a hydrogen storage medium. He isn’t particularly afraid of nanoparticles, but he adheres to the adage, ‘better safe than sorry’.
Since last week, a new flowchart, called the ‘Nano safety quick check’, hangs on the walls of all laboratories in the chemical engineering department (faculty of Applied Sciences), there as a reminder to
Pfeiffer and his colleagues about how to deal with the possible risks associated with nanoparticles.

Chemicals that have always been regarded as non-toxic can become harmful when they come in the form of nanoparticles. Because of their small size, the particles may be highly reactive, and their effect on one’s metabolism cannot be easily predicted. For security reasons, the concentration of most types of particles should therefore be kept below a benchmark level of 20,000 particles per cubic centimeter. This level was set by the National institute for Public Health and the Environment, and that is more or less the extent to which this institute sets safety rules.

The chemical engineering department however wanted more guidance and therefore wrote a booklet, titled Nanosafety Guidelines. The flowchart on Pfeiffer’s wall is part of this booklet.
Guidelines were first issued about two years ago at the department. “Before then, everybody was essentially following their gut feelings about safety procedures”, says Professor Andreas Schmidt-Ott, one of the initiators who also worked on the guideline’s second edition, together with Valerie Butselaar, Delft Chemical Engineering’s safety officer.

“The booklet isn’t a bible”, Prof. Schmidt-Ott says. “We sharpen it up periodically, taking into account knowledge gained on nanotoxicology. It’s tailored to the present needs of our faculty, however, and the input of all researchers is included in updates.”

“The guidelines are useful as they force us to think more thoroughly about what exactly it is that we’re doing”, Pfeiffer says. The guidelines force researchers to answer questions for themselves, such as ‘are the particles soluble in water?’ (if so, they can be treated as a normal chemical), or ‘is the nanomaterial proven not to be nanotoxic?’.

For Pfeiffer, an interesting question that was recently added to the guideline is whether the particles ignite spontaneously in air. His magnesium nanoparticles do. The guideline tells him to filter the exhaust gas with special filters.
Prof. Schmidt-Ott hopes to join forces with other universities: “As far as I know we’re the only university in the Netherlands that works with such guidelines, but perhaps other universities want to use them as well, and their insights could also help us in sharpening the guidelines.”