Een circulaire economie voor zout om de rivieren zuiver te houden

In de winter van 2018-2019 werd alleen al in de staat Pennsylvania een miljoen ton zout uitgestrooid op besneeuwde wegen. Het zout van industriële toepassingen zoals deze komt vaak terecht in zoetwaterrivieren, waardoor hun water ondrinkbaar wordt en bijdraagt aan een groeiende wereldwijde crisis. Hoe kunnen we deze waardevolle natuurlijke hulpbronnen beter beschermen? Fysisch-organisch chemicus Tina Arrowood deelt een driestappenplan om zout uit rivieren te houden -- en een circulaire zouteconomie te creëren die industriële bijproducten omzet in waardevolle grondstoffen.

Opgroeiend in het noorden van Wisconsin

heb ik een natuurlijke band
met de Mississippi ontwikkeld.

Toen ik klein was,

hielden mijn zus en ik
wedstrijden om te kijken

wie 'M-i-s-s-i-s-s-i-p-p-i'
het snelst kon spellen.

Op de lagere school

leerde ik over hoe de vroege
ontdekkingsreizigers en hun expedities,

Marquette en Joliet,

de Grote Meren en de Mississippi
en haar zijrivieren gebruikten

om het Midwesten te ontdekken

en om een handelsroute naar
de Golf van Mexico in kaart te brengen.

Op de universiteit

had ik het geluk
de Mississippi te kunnen zien

vanuit het raam van mijn laboratorium

aan de Universiteit van Minnesota.

Tijdens die periode van vijf jaar
leerde ik de Mississippi kennen.

Ik kreeg haar temperamentvolle
karakter te zien;

op het ene moment
overstroomde ze haar oevers,

en kort daarna

stonden haar oevers droog.

Nu wil ik als fysisch-organische chemicus

mijn opleiding gebruiken

om rivieren zoals
de Mississippi te beschermen

tegen overmatig zout,
vaak afkomstig van menselijke activiteit.

Want zout is iets dat
zoetwaterrivieren kan vervuilen.

Zoetwaterrivieren hebben
een zoutgehalte van slechts 0,05 procent.

Op dat niveau is het veilig om te drinken.

Maar het meeste water
op onze planeet zit in onze zeeën

en zeewater heeft een zoutgehalte
van meer dan 3 procent.

Als je dat drinkt, word je zeer snel ziek.

Als we het volume van zeewater

vergelijken met dat
van rivierwater op onze planeet,

en stel je voor dat we met zeewater

een zwembad van olympische
afmetingen zouden vullen,

dan zou in verhouding
het rivierwater van onze planeet

in een fles van vier liter passen.

Je ziet dat het een kostbare grondstof is.

Maar behandelen we het ook
als een kostbare grondstof?

Of behandelen we het eerder
als die oude mat

waar je bij de voordeur
je voeten aan veegt?

Rivieren behandelen zoals die oude mat
heeft ernstige gevolgen.

Laten we eens kijken.

Laten we eens kijken wat
slechts een theelepel zout kan doen.

Als we een theelepel zout

aan dit olympisch zwembad
met zeewater toevoegen,

dan blijft dat zeewater gewoon zeewater.

Maar als we diezelfde
theelepel zout toevoegen

aan die 4-literfles met zoet rivierwater,

wordt het plotseling
te zout om te drinken.

Waar het hier om gaat,

is dat rivieren door hun
zeer kleine volume

in vergelijking met de oceanen,

bijzonder gevoelig zijn
voor menselijke activiteiten,

en we ze dus moeten beschermen.

Een tijdje terug bekeek ik de literatuur

over riviergezondheid in de hele wereld.

Ik verwachtte rivieren in slechte staat

in regio's met waterschaarste
en zware industriële ontwikkeling.

Ik zag dit in het noorden
van China en India.

Maar ik was verrast
toen ik een artikel uit 2018 las

over 232 rivieren
waar monsters uit genomen zijn

in de Verenigde Staten.

Op 37 procent van die plaatsen
steeg het zoutgehalte.

Wat verrassender was,

is dat die met de hoogste stijgingen

werden gevonden in het oostelijke deel
van de Verenigde Staten,

en niet in het droge zuidwesten.

De auteurs van dit artikel stellen

dat dit te wijten kan zijn
aan het gebruik van zout

om de wegen ijsvrij te houden.

Een andere potentiële bron van dit zout

zou kunnen komen
van zout industrieel afvalwater.

Zoals je ziet,

kunnen menselijke activiteiten
het water in onze zoetwaterrivieren

omzetten naar water
dat begint te lijken op zeewater.

Dus moeten we handelen
en iets doen voordat het te laat is.

Ik heb een voorstel.

We kunnen een driestappenplan maken
om onze rivieren te beschermen.

Als industriële gebruikers van water

dit afweermechanisme
in de praktijk brengen,

kunnen we onze rivieren
in een veel veiligere positie brengen.

Dit houdt in, nummer een:

dat we minder water
aan onze rivieren onttrekken

door het recyclen en hergebruik van water.

Nummer twee:

we moeten het zout uit dit zoute
industriële afvalwater halen,

het terugwinnen en opnieuw gebruiken
voor andere doeleinden.

Nummer drie: we moeten zoutgebruikers,

die momenteel ons zout halen uit mijnen,

veranderen in zoutgebruikers
die ons zout halen uit gerecycleerd zout.

Dit driedelige afweermechanisme
wordt al toegepast.

Noord-China en India doen het al

om de rivieren te helpen herstellen.

Maar het voorstel hier

is dit afweermechanisme te gebruiken
om onze rivieren te beschermen,

zodat we ze niet hoeven te herstellen.

Het goede nieuws is dat we
de technologie hebben om dit te doen.

Het werkt met membranen.

Membranen die zout
en water kunnen scheiden.

Membranen zijn er al een aantal jaren

en ze zijn gebaseerd
op polymere materialen

die scheiden op basis van grootte

of op basis van elektrische lading.

De membranen die worden gebruikt
om zout en water te scheiden,

scheiden vooral op basis van lading.

Deze membranen zijn negatief geladen

en stoten zo de negatief
geladen chloorionen af

in dat opgeloste zout.

Zoals ik al zei zijn deze membranen
er al een aantal jaren

en op dit moment zuiveren ze
100 miljoen liter water per minuut.

Eigenlijk nog meer dan dat.

Maar ze kunnen meer.

Deze membranen zijn gebaseerd
op het principe van omgekeerde osmose.

Osmose is een natuurlijk proces
dat in ons lichaam plaatsvindt --

je weet wel, hoe onze cellen werken.

Bij osmose heb je twee kamers

die twee niveaus van zoutconcentratie
van elkaar scheiden.

Een met een lage zoutconcentratie

en een met een hoge zoutconcentratie.

Tussen de twee kamers
zit een halfdoorlatend membraan.

Bij het natuurlijke osmoseproces

gaat het water uit zichzelf
door dat membraan

van het gebied met lage zoutconcentratie

naar het gebied met hoge zoutconcentratie

tot een evenwicht is bereikt.

Omgekeerde osmose is de omkering
van dit natuurlijke proces.

Om deze omkering te verwezenlijken,

oefenen we een druk uit
aan de kant van de hoge concentratie

en duwen we daardoor het water
in de tegengestelde richting.

De kant met de hoge concentratie
wordt daardoor nog zouter,

geconcentreerder,

en de kant met de lage concentratie
wordt het gezuiverde water.

Door omgekeerde osmose
kunnen we industrieel afvalwater

voor 95 procent omzetten in zuiver water,

waardoor er slechts 5 procent
als geconcentreerd zoutmengsel overblijft.

Die 5 procent geconcentreerd zoutmengsel

is echter geen afval.

Wetenschappers hebben
ook membranen ontwikkeld

die ontworpen zijn
om bepaalde zouten door te laten

en andere niet.

Met behulp van deze membranen,

algemeen aangeduid
als nanofiltratiemembranen,

kan nu deze 5 procent
geconcentreerde zoutoplossing

worden omgezet in
een gezuiverde zoutoplossing.

Dus met omgekeerde osmose
en nanofiltratiemembranen

kunnen we industrieel afvalwater omzetten

in zowel water als zout.

Daardoor bereiken we pijler een en twee
van dit rivierafweermechanisme.

Ik stelde dit voor aan een aantal
gebruikers van industrieel water

en de algemene reactie was:

"Ja, maar wie gaat mijn zout gebruiken?"

Daarom is pijler nummer drie
zo belangrijk.

We moeten gebruikers
van zout uit zoutmijnen

veranderen in gebruikers
van gerecycleerd zout.

Wie zijn deze zoutgebruikers?

Ik vernam dat in 2018
in de Verenigde Staten,

43 procent van het
in de VS verbruikte zout

werd gebruikt als strooizout
om wegen ijsvrij te houden.

39 procent werd gebruikt
in de chemische industrie.

Laten we eens kijken
naar deze twee toepassingen.

Ik was geschokt.

In de winter van 2018

werd een miljoen ton zout

uitgestrooid op de wegen
in de staat Pennsylvania.

Een miljoen ton zout is genoeg

om het Empire State Building
voor twee derde te vullen.

Dat is een miljoen ton zout
gewonnen uit de aarde,

toegepast op onze wegen,

en weggespoeld naar
het milieu en onze rivieren.

Het voorstel is dat we op zijn minst

dat zout uit industrieel
afvalwater kunnen halen,

voorkomen dat het
in onze rivieren terechtkomt,

en liever dat gebruiken op onze wegen.

Wanneer het in de lente gaat dooien

en er zoveel zout wordt afgevoerd,

zijn de rivieren tenminste
in een betere positie

om zich ertegen te verdedigen.

Wat me als chemicus

echter nog het meest enthousiast maakt,

is het concept om circulair zout
in de chemische industrie te introduceren.

De chlooralkali-industrie
is daar perfect voor.

De chlooralkali-industrie maakt epoxy,

urethanen, oplosmiddelen,

en heel wat nuttige producten
die we gebruiken in ons dagelijks leven.

Bovendien gebruiken ze
het zout natriumchloride

als belangrijkste grondstof.

Dus het idee hier is --

laten we eerst eens kijken
naar de lineaire economie.

In een lineaire economie
halen ze dat zout uit een mijn,

doorloopt dit het chlooralkaliproces

en wordt het tot een basisstof omgezet

die vervolgens kan worden omgezet
in een ander nieuw product

of een meer functioneel product.

Maar tijdens die omzetting

ontstaat vaak zout als bijproduct

en eindigt het in
het industriële afvalwater.

Het idee is dat we
circulariteit kunnen introduceren.

We kunnen het water en zout recyclen
uit het industriële afvalwater

van de fabrieken

en het hergebruiken
in het chlooralkaliproces.

Circulair zout.

Heeft een hoop impact, toch?

Laten we gewoon één voorbeeld nemen.

50 procent van de wereldwijde
productie van propeenoxide

gaat via het chlooralkaliproces.

Dat is een totaal van ongeveer
vijf miljoen ton propeenoxide

op jaarbasis, wereldwijd.

Dat is dus vijf miljoen ton zout
gewonnen uit de aarde

en via het chlooralkaliproces
omgezet in propeenoxide.

Tijdens dat proces

eindigt vijf miljoen ton zout
in het afvalwater.

Vijf miljoen ton is genoeg zout
om drie Empire State Buildings te vullen.

Per jaar.

Je ziet hoe circulair zout
een barrière kan zijn

om onze rivieren tegen deze overmaat
aan zout te beschermen.

Je kan je afvragen,

"Als deze membranen
al een aantal jaren bestaan,

waarom hergebruiken
mensen dan geen afvalwater?"

De reden is

dat het geld kost om hergebruik
van afvalwater te implementeren.

Ten tweede

wordt water in deze regio's
ondergewaardeerd.

Tot het te laat is.

Als we niet plannen
voor duurzaam zoetwater,

heeft dat ernstige gevolgen.

Je kunt het vragen aan een
van 's werelds grootste chemieproducenten

die vorig jaar een verlies
van 280 miljoen dollar incasseerde

vanwege de lage waterstanden
van de Rijn in Duitsland.

Je kunt het vragen aan de inwoners
van Kaapstad in Zuid-Afrika,

die door droogte jaar-op-jaar
hun waterreserves zagen opdrogen

en werden verzocht om hun toiletten
niet door te spoelen.

Zoals je kunt zien

hebben we oplossingen met membranen

waarmee we zuiver water kunnen leveren,

we kunnen zuiver zout leveren,

met deze beide membranen,

om onze rivieren voor toekomstige
generaties te helpen beschermen.

Dank je.

(Applaus)