De waterschappen hebben de ambitie om in 2025 klimaatneutraal te zijn. Om dat te bereiken moeten ze in ieder geval de lachgasemissies uit rwzi’s aanpakken. Juist omdat deze emissies een significant aandeel vormen van de totale broeikasgasemissies van de waterschappen. De vraag is: hoe? Er lopen de nodige initiatieven en onderzoeken die daar antwoord op moeten geven. Hieronder leest u er meer over.

In 2024 werd het Versnellings­programma Lachgas gestart. Het programma, een initiatief van de Vereniging van Zuiverings­beheerders, de Unie van Waterschappen en STOWA, stelt 12 miljoen euro beschikbaar om de uitstoot van lachgas vanuit rioolwaterzuiveringen te reduceren. Ruth van der Beek is voorzitter van de stuurgroep van het programma. “Ik was meteen enthousiast over de doelstellingen. Zo kunnen we de uitstoot van lachgas, dat 265 keer sterker is dan CO₂, reduceren. Dan kun je dus echt impact maken.”

Stuurgroepvoorzitter Van der Beek werkt als concernmanager bij Waterschap Vallei en Veluwe. Ze heeft onder meer de opgave zuiveren in haar portefeuille. Als bestuurslid van de Vereniging van Zuiveringsbeheerders (VvZB) is zij betrokken bij het versnellingsprogramma. “Ik heb geen technische achtergrond, maar als voorzitter van de stuurgroep bewaak ik samen met de andere stuurgroepleden de voortgang van het programma. Er zijn inmiddels op structurele basis proeven gedaan en er is bij STOWA een Handboek monitoring lachgas voor de waterschappen verschenen”, vertelt ze. Intussen zijn alle 21 waterschappen aangesloten bij het programma.

Bij de vergaderingen van de VvZB, waar managers en directeuren aansluiten, staat het onderwerp lachgas inmiddels nadrukkelijk op de agenda. Van der Beek: “Het is de bedoeling dat er bij alle waterschappen aandacht komt voor het eenduidig meten van lachgas.” Van der Beek benadrukt dat je met het verminderen van de uitstoot van lachgas meerdere vliegen in een klap kunt slaan. “Het reduceren van het broeikasgas draagt flink bij aan de ambities van waterschappen om klimaatneutraal te opereren. En als je lachgasemissies reduceert, lijkt het effluent ook schoner. Dat is weer goed voor de doelstellingen van de Kaderrichtlijn Water (KRW).”

Als de waterschappen eenduidig meten, de data op orde zijn en een betrouwbaar beeld is ontstaan van de exacte hoeveelheid lachgasemissies vanuit rwzi’s, start een volgende fase in het versnellingsprogramma. “Ik denk dat we in 2026 aan de slag kunnen met reductiemaatregelen. Het zou mooi zijn als we later een demo-zuivering hebben waar we ook internationaal kunnen laten zien wat we kunnen. Vanuit het buitenland is er veel belangstelling voor het versnellingsprogramma. Bijvoorbeeld vanuit Denemarken en het VK. De kennis die via dit programma terechtkomt bij Nederlandse adviesbureaus, kan ook zeker bijdragen aan de BV Nederland.“

Op een van de zeven zuiveringsstraten op de rioolwaterzuivering in Amster­dam-West wordt de streef­waarde voor de zuurstof­con­centratie bij het beluchten van afvalwater bepaald door een model dat gebruikmaakt van Artificial Intelligence. “Dat vermindert lachgas­emissies”, vertelt onderzoeker Marcel Zandvoort van Waterschap Amstel Gooi en Vecht. Hij vertelt hoe dat zit.

Lachgasemissies (N₂O) zijn gerelateerd aan de processen van nitrificatie en denitrificatie op rwzi's. Samen verwijderen ze stikstofverbindingen uit het water. Nitrificatie is een aeroob proces (proces onder zuurstofrijke omstandigheden) waarbij ammonium via nitriet wordt omgezet in nitraat (NO₃). Hiervoor wordt zuurstof toegevoegd aan het afvalwater. In het eropvolgende anaerobe denitrificatieproces (proces onder zuurstofarme omstandigheden) wordt dit nitraat vervolgens gereduceerd tot het onschadelijke stikstofgas (N₂).

De balans in het stikstofverwijderingsproces en de zuurstofconcentratie in het systeem zijn belangrijke factoren die de lachgasproductie beïnvloeden. Er zijn verschillende onderzoeken en praktijkervaringen die aantonen dat aanpassingen in de beluchtingscapaciteit en bedrijfsvoering kunnen leiden tot lagere lachgasemissies (STOWA 2023-33, Ervaringen vanuit de CoP over de emissie van lachgas vanuit rwzi’s). Het lastige is dat een groot aantal variabelen elkaar in het proces onderling beïnvloedt, waarbij de variabelen ook allemaal een verschillend gewicht hebben.

Rwzi Amsterdam-West

Zandvoort meet sinds 2016 de uitstoot van lachgas op rwzi Amsterdam-West. “Sinds 2020 onderzoeken we ook of we de lachgasemissies kunnen reduceren. Daarvoor hebben we een AI-model ontwikkeld. Het model wordt getraind en geëvalueerd op basis van historische data van de rwzi. Hoe het AI-model zijn keuzes maakt, weten we niet precies. Maar we kunnen het achteraf wel verklaren. Zo krijgen we steeds meer inzicht. Het heeft enkele jaren geduurd om de benodigde procesdata te verzamelen en het model te ontwikkelen en te trainen.” Waarom gebruik maken van AI? Zandvoort: “Realtime sturing van de zuurstofconcentratie gericht op verlaging van de lachgasemissies is voor een mens te ingewikkeld. Er zijn te veel factoren waar je rekening mee moet houden. Nu doet het model dat voor ons. Het model kiest de streefwaarde voor de zuurstofconcentratie, ook wel setpoint genoemd. En dat werkt. Als we het model uitzetten, gaat de uitstoot van lachgas omhoog. Het model wordt doorontwikkeld en kan nu ook worden toegepast op een tweede zuiveringsstraat op rwzi Amsterdam West.“

Als andere waterschappen ook met AI aan de slag willen, kunnen ze de aanpak van Waternet kopiëren. “Het model zelf is op een andere zuivering overigens niet direct bruikbaar. Het moet eerst worden getraind met relevante en adequate metingen van de specifieke zuivering. Daarnaast moet er een infrastructuur worden aangelegd, zodat het AI-model op een veilige en robuuste manier via setpoints de beluchting kan aanpassen. Het is belangrijk dat de mensen die aan de slag gaan met AI, voeling met de zuivering hebben. Waterschappen mogen hier ook altijd op de zuivering komen kijken als ze willen zien wat wij precies doen. Zo kunnen we van elkaar leren”, aldus Zandvoort.

STOWA bracht onlangs een brochure uit over AI in het waterbeheer. En in de volgende uitgave van de STOWA ter Info gaan we dieper in op de mogelijkheden en uitdagingen van digitalisering en AI in het regionale waterbeheer.

Sinds de start van het Versnellingsprogramma Lachgas is het belang van de Community of Practice (CoP) Lachgas aanzienlijk toegenomen. “Inmiddels doen alle waterschappen mee en ook het Belgische Aquafin is aangehaakt”, vertelt voorzitter Remmie Neef van Waterschap Zuiderzeeland. Dat zorgt ervoor dat de kennis over lachgas op rwzi’s snel groeit.

Lachgasemissies (N₂O) zijn gerelateerd aan de processen van nitrificatie en denitrificatie die plaatsvinden op rwzi's. “We krijgen steeds meer grip op de omstandigheden waaronder lachgas wordt gevormd. Maar we hebben nog geen pasklare antwoorden. De crux zit in het toevoegen van zuurstof. Dat mag niet te veel, maar ook niet te weinig zijn. Op basis van deze kennis gaan we op de zuiveringen nu spelen met zuurstof. Met behulp van AI en machine learning willen we het proces optimaliseren”, vertelt Remmie Neef.

De Community of Practice Lachgas, die vooral uit procestechnologen en watertechnologen bestaat, is in 2019 begonnen met metingen op de rioolwaterzuiveringen. Voorzitter Remmie Neef werkt samen met Ellen van Voorthuizen van Haskoning en Cora Uijterlinde van STOWA aan de bijeenkomsten. De CoP-deelnemers komen zes keer per jaar bij elkaar in het Waterschapshuis in Amersfoort. “Deze CoP is heel actief. Dat komt ook omdat de waterschappen in de klimaatmonitor lachgas moeten meenemen. Daarnaast denken we dat als er minder lachgas vrijkomt op een rwzi, de kwaliteit van het effluent verbetert. Dat is een mooie bijvangst.”

De CoP onderzoekt op de rwzi’s veranderingen in het seizoen, influent en de belasting in nitraat en ammonium. “Naast het aanpassen van het zuurstofgehalte hebben we nog geen andere factoren gevonden die invloed hebben op toe- of afname van lachgas. Ik hoop dat we de komende jaren een beslisboom kunnen ontwikkelen waarmee je de hoeveelheid lachgas die een zuivering uitstoot, kunt afleiden. Het doel is ook dat we maatregelen kunnen nemen om de hoeveelheid lachgas te reduceren. Het zou mooi zijn als je nieuwe zuiveringen zo kunt inrichten dat er weinig tot geen lachgas vrijkomt.”

Verschillende onderzoeksinstituten doen onderzoek naar de uitstoot van lachgas op rwzi’s. Voor wie meer wil weten, zijn onderstaande initiatieven en publicaties interessant.

In het handboek staat hoe de waterschappen de uitstoot van lachgas op rioolwaterzuiveringen kunnen meten. Met behulp van het handboek kunnen waterschappen een monitoringsprotocol opstellen dat zorgt voor een uniforme methode voor het meten en berekenen van emissiefactoren.
> Naar STOWA Handboek monitoring lachgas

In dit project doet KWR samen met vier waterschappen met behulp van geavanceerde gasanalyzers onderzoek op rwzi’s. Het doel is om gedurende een lange looptijd data te verzamelen om zo inzicht te krijgen in seizoens- en dagschommelingen van lachgasemissies.
> Naar KWR-onderzoek

Onderzoeker Nina Roothans van de TU Delft onderzocht met DNA en eiwitanalyses hoe individuele micro-organismen in rioolwater­zuiverings­installaties elkaar beïnvloeden. Het onderzoek laat zien hoe verschillende omgevings- en milieufactoren, zoals temperatuur en zuurstof, de uitstoot van lachgas beïnvloeden.
> Naar onderzoek TU Delft

Als we denken aan broeikasgassen, denken de meeste mensen aan koolstofdioxide (CO₂). Maar dat is lang niet het enige schadelijke broeikasgas; lachgas (N₂O) heeft een zogenoemd aardopwarmingsvermogen (Global Warming Potential of GWP) dat maar liefst 265 keer groter is dan CO₂. Naar schatting wordt tussen 60 en 70% van de totale broeikasgasuitstoot (GWP CO₂‑eq) van Nederlandse waterschappen veroorzaakt door lachgasemissies uit rioolwaterzuiveringsinstallaties. Maar de precieze hoeveelheden zijn volgens Cora Uijterlinde van STOWA nog altijd niet duidelijk. Het versnellingsprogramma moet daar verandering in brengen. Uijterlinde: “Het is in ieder geval wel duidelijk dat het minimaliseren dan wel compenseren van lachgasemissies voor waterschappen cruciaal is om klimaatneutraal te worden.”

Bellen aan het oppervlak van een beluchtingsbassin