Power-to-Protein: deskstudie (fase 1)

Beschikbaarheid van voldoende voedsel, energie en water vormen wereldwijd reusachtige uitdagingen. Een universele oplossing ligt niet voor de hand. Veeleer zal lokaal, situatiegericht maatwerk nodig zijn, mede gebaseerd op creatief en cross-sectoraal denken. Een gerichte aanpak verlangt allereerst een nauwkeurig beeld van relevante stofstromen in een geografisch afgebakend gebied. Vervolgens kunnen opties worden bepaald.

Technologie

Een van de mogelijke opties is het Power to Protein concept: de productie van hoogwaardige eiwitten via biosynthese uit waterstof, CO2 en ammoniumstikstof. Het power to protein concept is ontwikkeld door de Universiteit Gent en Avecom en richt zich in essentie op het kortsluiten van de stikstofcyclus (N-cyclus) door rechtstreeks ammonium in te bouwen in microbieel eiwit. Binnen het concept wordt gebruik gemaakt van lithotrofe waterstofoxiderende bacteriën die waterstof gebruiken als energiebron voor de vorming van single cell protein of SCP uit koolzuurgas, zuurstof en ammonium. De waterstof kan afkomstig zijn van hernieuwbare energiebronnen zoals wind of zon. Daarnaast zijn in aanzienlijk kleinere hoeveelheden mineralen nodig zoals fosfaat. Met Power to Protein wordt een steeds schaarser goed – eiwit – gevormd uit reststoffen cq. -energie en komt een verbinding tot stand binnen de ‘water – energie – food nexus’.

Uitdaging

Doel van deze studie was het bepalen van de technisch/economische levensvatbaarheid van het concept Power to Protein middels een integrale studie en het definiëren van relevante vragen die moeten worden opgelost (technisch, economisch, en anderszins). Het onderzoek naar de technische en economisch haalbaarheid wordt gekoppeld aan relevante stofstromen in de urbane zone van de Gemeente Amsterdam (m.n. organische stromen en macro-nutriënten N, P).

Oplossing

Uit de Amsterdam-casus volgt een enorme potentie waarbij jaarlijks 6.300 ton eiwit kan worden geproduceerd alleen al uit het ammonium in het digestaat van de slibvergisting. Extrapolatie op basis van inwonerequivalenten naar heel Nederland levert een potentie op van 125.000 ton SCP per jaar. Hiermee kan voor 36 % van de bevolking in de eiwitbehoefte worden voorzien (geen rekening houdend met de huidige overconsumptie van eiwitten waardoor het percentage afneemt tot 26 %).

Uit de business case Amsterdam volgt dat de slibvergisting direct, maar ook indirect via steam reforming van methaan, onvoldoende waterstof en kooldioxide produceert. Hiervoor zijn aanvullende externe bronnen noodzakelijk. Voor waterstof is elektrolyse met ‘off peak’ groen stroom een optie. Voor kooldioxide wordt bij voorkeur gezocht naar een nabijgelegen industriële bron of aanbieder.

Uit de globale economische beschouwing blijkt dat vooral de winning van ammonium (via luchtstrippen) en de elektrolyse van water vooral bepalend zijn voor de kosten per ton geproduceerd SCP. Het is daarom van belang onderzoek te doen naar efficiëntere technieken om ammonium terug te winnen uit waterstromen. De productie van SCP heeft economisch gezien potentie maar dat hangt sterk af van de kosten voor de productie van de grondstoffen ammonium en waterstof en de verkoopwaarde van eindproduct. Als de hoeveelheid (kunst)mest die wordt uitgespaard voor de productie van equivalente hoeveelheid dierlijk eiwit wordt meegerekend, dan is sneller sprake van een positieve balans.

Het project heeft inmiddels binnen het TKI-Watertechnologie programma een vervolg gekregen in het project Power-to-protein – pilotfase. Dit nieuwe project richt zich op de demonstratie van het concept in de praktijk.

Klik hier voor informatie over het vervolgproject.

Terug naar het projectoverzicht
01/03/2015
01/09/2015
Resource Efficiency

Frank Oesterholt
KWR Watercycle Research Institute
030 60 69 575
frank.oesterholt@kwrwater.nl