Eenvoudige zuurstofaanpassingen kunnen ‘lachgas’-emissies uit rioolsystemen verminderen
RWZI Amsterdam West (door Waternet)
Laughing gas (lachgas of N₂O) wordt voornamelijk vrijgegeven door de micro-organismen die verantwoordelijk zijn voor de behandeling van ons afvalwater. Deze microben leven in complexe gemeenschappen, waarbij elke groep een specifieke rol vervult. De emissies variëren gedurende de dag en in verschillende seizoenen, en de ingewikkelde microbiale processen hierachter blijven grotendeels onbekend, wat het moeilijk maakt om effectieve strategieën te ontwerpen om de emissies te verminderen.
Gemotiveerd door de noodzaak om dit langdurige probleem op te lossen, hebben Michele Laureni (assistents-professor Bioprocess Engineering) en Mark van Loosdrecht (hoogleraar Milieu Biotechnologie) samengewerkt met de Nederlandse Waterautoriteiten en STOWA. Onder hun toezicht heeft Dr. Nina Roothans geavanceerde technieken toegepast, waaronder DNA- en proteïneanalyses, om gedetailleerd te bestuderen hoe individuele micro-organismen in rioolwaterzuiveringsinstallaties (RWZI’s) gedurende een periode van twee jaar interageren.
De RWZI Amsterdam West van de Waterautoriteit Amstel, Gooi en Vecht, beheerd door Waternet, diende als haar model ecosysteem. Het onderzoek, gepubliceerd in Nature Water, onthulde hoe omgevings- en operationele factoren, zoals temperatuur en zuurstofniveaus, invloed hebben op de emissies van lachgas.
Zuurstof beïnvloedt emissies
Een van Roothans’ belangrijkste ontdekkingen was dat de ophoping van nitriet—een centrale tussenstof in de afbraak van stikstofverbindingen—verbonden is met een onevenwicht tussen twee groepen bacteriën: diegenen die ammoniak omzetten in nitriet en diegenen die nitriet omzetten in nitraat. Aangezien nitriet een voorloper is van lachgas, werd dit onevenwicht geïdentificeerd als de belangrijkste oorzaak van lachgasemissies.
Cruciaal is dat Roothans ook de zuurstofconcentratie identificeerde—iets waar operators directe controle over hebben—als de belangrijkste factor die dit onevenwicht induceert.
En dit, merkt Laureni op, is precies waar de kans ligt. “Het mooie is dat, in principe, de oplossing mogelijk geen grote infrastructurele veranderingen vereist. Het idee is dat geleidelijk verhogen van zuurstof, in plaats van dit abrupt te doen wanneer de winter nadert, al aanzienlijk kan bijdragen aan het verminderen van emissies. Bovendien is dit werk een prachtig voorbeeld van hoe zeer fundamenteel onderzoek direct kan leiden tot toepasbare engineeringinzichten.”
Eenvoudig en kosteneffectief
Deze bevindingen zijn bijzonder relevant voor de Waterautoriteiten, omdat ze niet alleen mogelijke manieren aanwijzen om de lachgasemissies te verminderen, maar ook suggereren dat de vereiste interventies zowel eenvoudig als kosteneffectief kunnen zijn. Of de geïdentificeerde strategie in de praktijk succesvol zal zijn, zal de komende jaren duidelijk worden.
Twee nieuwe promovendi zetten nu het werk voort om de benadering verder te ontwikkelen en te valideren, in samenwerking met de Waterautoriteiten en Royal HaskoningDHV. De fundamentele inzichten uit het werk van Roothans worden ook verwacht ten goede te komen aan de landbouwsector, waar microbiale lachgasemissies een nog grotere uitdaging vormen.
