Waarom we naar de ruimte kijken om antwoorden te vinden voor de aanpak van stedelijke watercrisissen
Stelt u zich water voor als een eindige hulpbron. U zou er dan wel twee keer over nadenken, om de kraan te laten lopen terwijl u uw tanden poetst, uw handen wast of een extra douche neemt. Dit is een dagelijkse realiteit aan boord van het International Space Station (ISS). In de ruimte is schoon water een van de meest schaarse hulpbronnen die beschikbaar zijn en er wordt dan ook als zodanig mee omgegaan. Onze stedelijke gebieden worden geconfronteerd met een wereldwijde drinkwatercrisis. Schaarste aan schoon water wordt in de nabije toekomst een groot probleem voor stedelijke gebieden. De wereldwijde balans tussen watergebruik en schoonwatervoorziening gaat de verkeerde kant op. Dit wordt veroorzaakt door snelle verstedelijking en de effecten van toenemende droogte als gevolg van klimaatverandering. Steden staan voor de grootste uitdagingen op het gebied van water, maar kunnen tegelijkertijd ook de grootste bijdrage leveren aan de oplossing. Het is tijd om na te denken, over hoe we steden toekomstbestendig kunnen maken. Maar waar beginnen we? We zouden het voorbeeld moeten volgen van enkele van de grootste wetenschappers, ingenieurs en ontwerpers van onze tijd. Wat kunnen we leren van de manier waarop het internationale ruimtestation omgaat met kostbare hulpbronnen?
Beeldt u zich een astronaut in, die vanuit de ruimte op de aarde neerkijkt en de planeet aarde ziet: een prachtige diepblauwe en bladgroene wereldbol. Een planeet waar tenminste één hulpbron in overvloed aanwezig lijkt te zijn: water. Maar schijn bedriegt. Over 20 jaar zal de wereldwijde vraag naar schoon water groter zijn dan ons aanbod. Water zal schaars worden. Het wereldwijde watergebruik is de afgelopen eeuw met een factor zes toegenomen en als we zo doorgaan, zullen we tegen 2040 een mondiaal watertekort hebben van 40%. Van alle gebieden op aarde wordt verwacht, dat met name grote steden in toenemende mate te maken krijgen met ernstige waterstress. Hun relatie met water is gecompliceerd, omdat ze niet alleen grote waterverbruikers zijn, maar ook de grootste druk uitoefenen op onze watersystemen en infrastructuur. Efficiënt en zuinig omgaan met ons water is nog nooit zo belangrijk geweest als nu en toch behandelen we water nog steeds als een onuitputtelijke hulpbron. 50% waterverlies, door lekkages in verouderde waterdistributienetwerken, is niet ongebruikelijk in stedelijke gebieden. Water dat, als het opgevangen wordt, tot 20 miljoen stedelingen van schoon water kan voorzien. Het ís mogelijk om onze steden aan te passen, zodat succesvol omgaan met waterstress mogelijk is. Maar dat vereist wel een radicaal andere mindset. En voor deze andere mindset kijken we naar de ruimte.
Lekken verhelpen heeft aan boord van het ISS de hoogste prioriteit
Lekkages zouden in de ruimte leiden tot catastrofale rampen. In hun ontwerpen zorgen ruimtevaartuigingenieurs er dan ook voor, dat het ruimtestation 100% luchtdicht is. Door de vluchtleiding wordt continu in de gaten gehouden of er geen mogelijke luchtlekken zijn. Wordt een lek ontdekt, dan gaat de hoogste prioriteit er naar uit om het zo snel mogelijk op te sporen en te verhelpen. Waarom wordt dezelfde prioriteit niet gegeven aan het opsporen en verhelpen van lekken in de waterinfrastructuur van onze steden? In de VS gaat gemiddeld 13% van het huishoudelijk water verloren door lekkende toiletten, kranen en apparaten. Dat lijkt misschien niet veel, maar al die druppels samen vormen bijna 25 duizend liter per huishouden, per jaar. Het goede nieuws is dat verschillende bedrijven nu bezig zijn met het ontwerpen van innovatieve technische oplossingen om het watergebruik in woningen slimmer te maken. Zo ontwikkelde Flume onlangs een zogenoemde 'smart box', die huiseigenaren duidelijk laat zien of er ergens in huis lekkages zijn en - zo ja - hoeveel van hun kostbare water daardoor weglekt. Schade veroorzaakt door lekkages kost huiseigenaren in het VK gemiddeld 13,6 Pond per jaar. Met andere woorden: het verhelpen van lekkages is niet alleen goed voor het milieu, maar ook voor uw portemonnee.
Op stadsniveau betekent dit, dat we onze waterinfrastructuur moeten herstellen. Een sterk groeiende stedelijke bevolking gaat hand in hand met een toenemende vraag naar water, voor zowel productie, thermische energieopwekking, alsook huishoudelijk gebruik. Onze huidige waterinfrastructuur is echter niet in staat om deze hoeveelheid water veilig en efficiënt over onze steden te verdelen. Verouderde toevoer- en sanitairsystemen vertonen nog steeds tekenen van veroudering en achteruitgang en veel van ons kostbare drinkwater is ofwel zwaar vervuild, of bereikt zelfs nooit onze kranen. Dat gold ook voor Kaapstad. Uit verouderde leidingen lekte het kleine beetje water weg, dat nog over was na 3 jaar met nauwelijks regen. Het bracht de stad in 2018 op de rand van een Day-Zero, het punt waarop de gemeentelijke watervoorziening zou worden afgesloten. Gelukkig kon de crisis worden afgewend, door het gebruik van slimme technologie. Bij Wavin hebben we een van deze oplossingen ontwikkeld: de Compact Pipe®. Met behulp van deze persleidingen waren we in staat om de netwerken onder de grond volledig te vernieuwen, zonder ook maar een gat te hoeven graven. Dat werkt zo: de Compact Pipe® wordt in een bestaande waterleidingbuis gevouwen, waarna er vervolgens hete stoom doorheen geblazen wordt. Omdat plastic geheugen heeft, springt het bij verhitting terug in zijn oorspronkelijke, grotere vorm. Het resultaat is dat hier een waterdichte nieuwe buis achterblijft in de bestaande oudere buis. Dit biedt steden de mogelijkheid om lekken efficiënt en effectief te verhelpen, zonder dat ze hiervoor hun watersystemen volledig open te hoeven leggen.
In het ISS is besparen, filteren en hergebruiken van water van het allergrootste belang
In het International Space Station zijn zelfs de kleinste zweetdruppeltjes te kostbaar om te verspillen, dus worden ze weer omgezet in drinkwater. Het proces van het recyclen van water aan boord van het ISS wordt gecontroleerd door het Environmental Control and Life Support System (ECLSS), een levensondersteunend systeem, dat atmosferische druk, branddetectie en -onderdrukking, zuurstofniveaus, afvalbeheer en watervoorziening levert of regelt). Dit zeer efficiënte systeem recyclet tot 90 procent van de vloeistof die wordt opgevangen uit de urine van bemanningsleden, evenals die van de proefdieren aan boord, het waswater en de condensatie uit de lucht. Op de Consumer Electronics Show (CES) 2021, demonstreerde Exaeris Water Innovations hoe we het vocht in onze lucht kunnen hergebruiken, net zoals we dat in de ruimte doen. Een geweldig idee. Met name als we in ogenschouw nemen, dat de lucht in onze atmosfeer, in tegenstelling tot die in de ruimte, extreem vochtig is. Het draagbare AcquaTab-systeem van Exaeris genereert water uit lucht voor huishoudelijk gebruik. De hoeveelheid water die het AcquaTab-systeem produceert is op dit moment nog veel te weinig om huishoudens volledig te voorzien, maar de technologie biedt zeker mogelijkheden voor de toekomst. Dat geldt ook voor Hydraloop dat - zoals onlangs te zien in de documentaire 'Brave Blue World' - een systeem heeft geïntroduceerd, waarmee u 85% van uw totale interne waterverbruik in huis kunt recyclen. Douchewater kan worden hergebruikt om de afwas te doen, of zelfs het gazon te sproeien. Dit soort innovaties kan zorgen voor een besparing van 45% van het drinkwaterverbruik per huishouden en - tegelijkertijd - dat we 45% minder afvalwater hoeven te verwerken. Volgens Hydraloop kan een gemiddeld huishouden met het systeem ongeveer 75.000 liter water per jaar besparen.
Het ISS gebruikt water om extreme temperatuurverschillen in en buiten het station te reguleren
Als het efficiënt wordt gedaan kan water nog voor heel veel andere dingen meer worden gebruikt dan alleen als drinken, of om schoon te maken. In de ruimte wordt water ook gebruikt voor warmteregeling. Omdat het ISS om de aarde draait, heeft het te maken met grote temperatuurschommelingen. Net als de maan heeft het ISS twee kanten: de ene kant naar de zon gericht en de andere ervan af. De temperatuur aan de kant van de zon kan oplopen tot 250 °F (ca. 120 °C), terwijl hij aan de 'donkere kant' kan dalen tot onder -250 °F (ca. -160 °C). Dit is een temperatuurverschil van 500 °F (of 280 °C). Met behulp van 'slim watergebruik' wordt de temperatuur in het ISS echter constant en comfortabel op 75 °F (24 °C) gehouden. Om het station en de apparatuur koel te houden, ontwikkelden ingenieurs een speciaal warmteafvoersysteem. Restwarmte wordt getransporteerd via een gesloten netwerk van leidingen gevuld met water. Warmtewisselaars verliezen hun warmte door het water op te warmen, dat op zijn beurt de warmte weer transporteert naar een ander stel leidingen, gevuld met ammoniak. De ammoniak transporteert de warmte naar radiatoren buiten het ISS, die de overtollige warmte uiteindelijk de ruimte in brengen. Gebouwen verwarmen met water dat recirculeert via leidingen, is een gangbare praktijk voor vloerverwarmingssystemen. Het wordt, met de stijgende temperaturen in steden, echter een steeds grotere uitdaging om gebouwen koel te houden. Bedrijven zijn dan ook al begonnen om dezelfde netwerken van leidingen aan te leggen, die zowel door de vloeren als door het plafond lopen en moeten gaan zorgen voor koeling. Vergeleken met airconditioning, is vloerkoeling veel energiezuiniger en geeft het een veel comfortabeler koeleffect. Bij Wavin hebben we zo'n verwarmings- en koelsysteem ontwikkeld, dat werkt via een centrale regeleenheid en continu zorgt voor de ideale temperatuur, door de in- en uitlaattemperaturen te bewaken en dienovereenkomstig aan te passen. Zoals het ISS warmte van de zon gebruikt, is ook onze oplossing afhankelijk van duurzame warmte- en koudebronnen, zoals zonne-energie, aardwarmte en restwarmte. Dus, als we op een andere manier naar water kijken, ontdekken we dat het veel meer te bieden heeft dan we denken. We moeten het daarom koesteren, zonder het verloren te laten gaan.
Conclusie
Waterproblematiek wordt over het algemeen benaderd als een mondiaal onderwerp, terwijl de problemen en uitdagingen in feite op lokaal niveau moeten worden opgelost. Samenwerking tussen verschillende partijen is een essentiële factor bij het opstarten van de verandering. Alle partijen kunnen samenwerken om oplossingen te vinden, die antwoorden geven op de water gerelateerde uitdagingen in stedelijke gebieden.Iedereen maakt deel uit van deze verandering, van individuele burgers, lokale initiatieven en bedrijven, tot overheden en kennisinstellingen.Door waterlekken in grotere stedelijke gebieden te verhelpen, wordt er minder schoon water verspild. Afvalwater en hemelwater kan worden opgevangen en gefilterd om het waterverbruik te verminderen. Water kan worden gebruikt voor warmteregeling, waardoor er minder middelen worden gebruikt voor verwarming en koeling. Toepassen van deze concepten in stadssystemen, op de een of andere manier, zal een enorm verschil maken, zodat de steden dichterbij toekomstbestendigheid komen.Gelukkig groeit het bewustzijn voor het probleem van de opkomende waterschaarste en voor de onderliggende problemen. Kennis, ervaring en wetgeving gaan echter té langzaam om de dreigende gevaren waarmee we geconfronteerd worden, voor te zijn. Ironisch genoeg speelt waterbeschikbaarheid hierbij een grote rol. In stedelijke gebieden is water immers direct beschikbaar uit de kraan, waardoor de illusie ontstaat, dat schoon water en drinkwater geen hulpbronnen zijn. Er is daarom een duidelijke behoefte aan een ontwikkeling in de manier waarop we denken over en omgaan met schoon water. Steden kunnen water niet langer als handelswaar behandelen.Graag nodigen we de grote denkers rondom het ISS, bij NASA, alsook de andere ruimtevaartorganisaties uit om met ons om de tafel te gaan zitten en wat meer van hun ervaringen met ons te delen over slim watergebruik. Wij geloven dat we de wateruitdagingen van de wereld kunnen oplossen door van elkaar te leren en samen te werken.
Bron: Dit artikel is geschreven door Gert-Jan Maasdam en vertaald. Bekijk hier het originele Engelstalige artikel gepubliceerd op www.waterworld.com