Secundaire grondstoffen uit waterige stromen: VITO sluit de materialenkringloop

Bedrijven uit de metallurgische industrie produceren vaak grote volumes aan vloeibaar afval. Doorgaans verwerken ze dat waterige afval – of ze laten dit doen. De kosten van die verwerking kunnen echter oplopen. Grote metaalbedrijven zoeken dan ook naarstig naar een manier om de kringloop te sluiten. Maar het drukken van de kosten van de verwerking van de vloeibare afvalstromen is niet de enige stimulans om de kringloop te sluiten. In de meeste gevallen bevatten de afvalstromen verschillende metalen in lage concentratie, maar door de grote volumes is hun totale massa niet gering. Sommige metalen zijn zelfs kritisch – lees: ze zijn schaars en dus duur, en moeten van buiten de Europese Unie worden ingevoerd. Als metaalbedrijven deze kritische metalen kunnen recupereren uit hun afvalstromen, slaan ze dus twee vliegen in één klap.

Gasdiffusie-elektrode

VITO heeft een unieke technologie in huis voor de behandeling van deze industriële afvalstromen en voor de recuperatie van de kritische metalen: een elektrochemisch procédé dat ze zelf heeft ontwikkeld en waarop ze dus ook het patent bezit. “Onze technologie is gebaseerd op capacitatieve elektroprecipitatie”, vertelt Metin Bulut, business development manager bij VITO. “Het komt erop neer dat we met een gasdiffusie-elektrode (een elektrochemisch circuit dat bijvoorbeeld ook gebruikt wordt in brandstofcellen, red.) een reactie induceren die de metalen doet oxideren en vervolgens doet neerslaan. De kathode en de anode zijn bovendien gemaakt uit koolstof, in de vorm van een zeer fijne matrix. Hierdoor kunnen we de structuur gemakkelijk aanpassen, waardoor we een breed scala aan metalen kunnen recupereren.” Een greep uit dat scala, volgens stijgend atoomgetal: van boor en magnesium, over chroom en mangaan, tot kobalt en koper. De koolstofmatrix in de kathode is deels hydrofoob (waterafstotend ) en hydrofiel (wateraantrekkend). Bovendien is ze aan één kant bekleed met een teflonlaag, die enkel luchtdeeltjes doorlaat en aldus de matrix gescheiden houdt van het vloeibare medium. “Normaliter grijpt bij de kathode een reductiereactie plaats”, legt Bulut uit, “maar in onze opstelling oxideert de kathode de metaalionen. Hierdoor gaan de metalen clusteren en neerslaan als sediment, dat we kunnen afscheiden.”

Nanokristallen

De technologie werd ontwikkeld binnen het VITO-onderzoek naar duurzame chemie. Oorspronkelijk moest ze dienen om zogeheten nanokristallen gemakkelijker te kunnen produceren. Dat zijn minuscule kristallen – ze zijn opgebouwd uit slechts een honderdtal atomen – die buitengewone eigenschappen bezitten, precies omdat ze zo klein zijn (ze stralen bijvoorbeeld licht uit waarvan de kleur afhangt van hun eigen grootte). Bij kritische metalen denken we meestal aan de zogeheten zeldzame aardmetalen die verwerkt worden in allerhande elektronische apparatuur, en die via de praktijk van urban mining uit e-waste kunnen worden gerecupereerd en hergebruikt. Maar de technologie van VITO is gericht  op vloeibare industriële afvalstromen, waar de metalen eerder in lage concentratie aanwezig zijn. Bulut: “Tijdens ons onderzoek naar nanokristallen ontdekten we dat we onze technologie ook konden gebruiken om metalen uit vloeibare stromen te halen, een toepassing waarvan we wisten dat ze commerciële kansen heeft. De Vlaamse ondergrond mag dan wel rijk zijn aan kwartszand en klei, primaire metaalbronnen zijn eerder schaars, waardoor we toegewezen zijn op secundaire bronnen uit afvalstromen.”

Get-A-Met

Tot voor kort bestond er geen manier om metalen in zulke kleine concentraties efficiënt uit een vloeibaar medium te halen – en dit op een manier dat de metalen ook weer kunnen worden hergebruikt, en dus gevaloriseerd. In het Get-A-Met-project, dat wordt ondersteund door het Strategisch Initiatief Materialen (vanuit VLAIO) en waarbij ook de KU Leuven en de Universiteit Gent zijn betrokken, werd zelfs al een provisoir businessmodel ontwikkeld. Dat toont aan dat de technologie goede kansen heeft om te worden toegepast in de metaalindustrie. Een gevolg van de vele sterktes van de technologie: ze is flexibel (toepasbaar bij verschillende metalen), effi ciënt (meer dan 99 procent van de metaalfractie wordt gerecupereerd!) en relatief goedkoop (ongeveer veertig eurocent per m³ afvalwater).

Volgens het businessmodel kan de recuperatie en valorisatie op verschillende manieren worden georganiseerd. Metaalbedrijven kunnen de technologie natuurlijk zélf in huis halen, maar ze kunnen de verwerking van hun afvalstromen ook uitbesteden aan een gespecialiseerde firma. “Deze firma wordt dan bijvoorbeeld betaald voor de afvalverwerking, terwijl ze de gerecupereerde metalen zelf weer op de markt brengt”, vertelt de business development manager. In het model werd ook al een ruwe schatting uitgewerkt van de potentiele opbrengst van de valorisatie: om en bij de twee miljoen euro – en dit binnen het consortium van stakeholders achter Get-A-Met. “Als we de technologie over heel Vlaanderen zouden uitrollen, komen we uit op een bruto-opbrengst van tien miljoen euro. En dan hebben we de besparing door de lagere verwerkingskosten voor het afvalwater nog niet meegenomen.”

Open voor samenwerking

Tijdens de komende twee jaar – het Get A Met-project loopt van 2016 tot 2020 – wordt bekeken hoe de technologie kan worden opgeschaald naar een grotere verwerkingscapaciteit, en vervolgens hoe ze kan worden gecommercialiseerd. “Samen met de KU Leuven en de Universiteit Gent beschikken we over de technologie en de knowhow”, zegt Bulut. “En zoals altijd staan wij open voor samenwerking met commerciele partners, eventueel in de vorm van contractonderzoek. We zouden bijvoorbeeld specifieke afvalstromen kunnen onderzoeken binnen één bedrijf en onze technologie daarop afstellen. Op de langere termijn kan er natuurlijk ook een spin-off worden opgezet of we kunnen de technologie in licentie uitbesteden. Het komt er nu vooral op aan dat we goed inschatten welke waarde we kunnen creëren met de combinatie van de verwerking van afvalwater en de valorisatie van kritische metalen. Eigenlijk willen we weten hoe groot het economische voordeel is van het sluiten van kritische metaalkringlopen in verscheidene industrieën.”