• darkblurbg
  • darkblurbg
  • darkblurbg

Overstromende planten
E.Y. (Elaine) Yeung, PhD – Plant Ecophysiology, Universiteit Utrecht

Door de opwarming van de aarde wordt de productie van graangewassen bedreigd. De hoeveelheid overstroming is in de afgelopen decennia continu toegenomen, wat leidt tot ernstige schade aan de opbrengst van graangewassen in grote delen van de wereld. Planten hebben onder water minder licht en beperkte beschikbaarheid tot zuurstof en koolstofdioxide, waardoor de normale fotosynthese wordt geblokkeerd. Als gevolg hiervan zijn planten die zich kunnen aanpassen aan overstromingen belangrijk om de groeiende wereldbevolking te kunnen voeden. Dit project gebruikt een modelplant Arabidopsis thaliana om te bestuderen welke mechanismen de plant helpen om te herstellen van lange periodes onder water. Twee Arabidopsis worden bestudeerd op basis van hun verschil in herstel na een lange tijd onder water te hebben gestaan. Hoe beter een plant overstroom-tolerant is, hoe sneller hij herstelt en in staat is om nieuwe bladeren te groeien.

Jullie opdracht: Bepaal welke plant beter bestand is tegen overstromingen dan de ander en waardoor. Dit tolerante mechanisme kan vervolgens vertaald worden in de ontwikkeling van nieuwe tolerante graangewassen om productieverlies door overstromingen tegen te gaan. Op basis hiervan zetten jullie dan een businessplan in een ontwikkelingsland op.

Nikkel mijnen of nikkel oogsten 
Prof. Dr. R.D. (Olaf) Schuiling – Geochemie, Universiteit Utrecht

Nikkel mijnbouw en ertsverwerking vragen veel energie en daarmee veel uitstoot van CO2 en zijn bovendien zeer vervuilend. Een mogelijke oplossing hiervoor is om de nikkel op een alternatieve manier te winnen. Een aantal plantensoorten heeft de merkwaardige eigenschap om op nikkelrijke gesteentes te groeien, en daar de nikkel heel effectief uit de grond te halen om deze vervolgens in hun weefsels op te slaan. Door deze planten aan het eind van het groeiseizoen te oogsten, te drogen en te verbranden, blijft een as over dat meer nikkel bevat dan het rijkste nikkelerts!

Jullie opdracht: Ontwikkel een duurzaam platform voor een ontwikkelingsland, waarmee nikkel geoogst kan worden met behulp van deze planten.

Olifantsgras
Jan-Govert van Gilst – NNRGY Crops

Transport van grondstoffen en producten uit verre landen zorgt voor veel CO2-uitstoot. De winning van grondstoffen, zoals tropisch hardhout, cement en aardolie, heeft een vernietigend effect op de leefomgeving. Vaak wordt hierbij onder slechte arbeidsomstandigheden gewerkt. Deze bedrijven lenen van toekomstige generaties en bedrijven hoeven voor schade die zij toebrengen aan mens en milieu, niet te betalen. Maar wat is de echte prijs? NNRGY wil grondstoffen en producten die schade toebrengen vervangen door biobased substituten. Door grondstoffen lokaal te telen wordt transport over grote afstanden vermeden. Lokaal transport is bovendien schoner en daardoor minder milieubelastend. Door producten lokaal te fabriceren onder goede arbeidsomstandigheden zijn deze beter controleerbaar en hebben een aanwijsbare herkomst. In Nederland liggen tienduizenden hectares grond onbenut. Denk aan grond die door de economische tegenwind en teruglopende vraag niet wordt bebouwd, grond die historisch is vervuild of marginale gronden. Door deze grond beter te benutten is geen sprake van concurrentie met grond voor voedsel. Gewassen die bruikbaar zijn als substituut voor fossiele grondstoffen bevatten veel vezels, cellulose en lignine. Olifantsgras (Miscanthus giganteus) is zo'n gewas. Hiervan kunnen lokaal, en onder goede arbeidsomstandigheden producten worden gemaakt. Deze producten worden ook weer lokaal afgezet, bij voorkeur in de buurt waar de grondstof groeit. NNRGY maakt al plastic zonder olie, papier zonder hout en (3d-printbaar) beton zonder cement.

Jullie opdracht: Bedenk hoe het concept van lokaal telen van Olifantsgras en het verwerken tot lokale producten kan worden toegepast in ontwikkelingslanden.

CrackGuard
Ir. Menno van der Horst – Ship Hydromechanics and Structures, TU Delft

Schepen en Offshore constructies moeten goed worden onderhouden en geïnspecteerd worden op scheuren en corrosie. Met name scheurvorming (en breuk) is een zeer moeilijk te voorspellen fenomeen vanwege allerlei onzekerheden zoals materiaaleigenschappen, kwaliteit van lasverbindingen, golfbelastingen etc. Vandaar dat inspectie noodzakelijk is en er veel onderzoek gedaan wordt naar allerlei inspectiemethoden. De vraag die centraal staat is uiteraard hoe je scheuren kunt monitoren op een manier die zo robuust, betrouwbaar, betaalbaar en gebruiksvriendelijk mogelijk is. Onze oplossing hiervoor is het CrackGuard systeem. CrackGuard richt zich niet zozeer op inspectie, maar op het monitoren van reeds gedetecteerde scheuren in stalen constructies. Zo kan een betere veiligheid gegarandeerd worden en is er minder inspectie nodig.

Jullie opdracht: De voordelen van het CrackGuard systeem zijn evident voor bedrijven in de olie en gas industrie en voor beheerders van schepen en offshore constructies. Welke toepassingen zou je nog meer kunnen bedenken voor dit systeem? En hoe zouden ontwikkelingslanden kunnen profiteren van het CrackGuard systeem?

Innovatieve technieken voor meten weer en klimaat
Dr. Ir. M.M. (Martine) Rutten, Prof. Dr. Ir. Nick van de Giesen – TAHMO, TU Delft

Naar het strand dit weekend? Even het weerbericht opzoeken. Vanavond maar binnen blijven in verband met het weeralarm voor storm. Voor ons is weersinformatie vanzelfsprekend, maar in grote delen van Afrika zijn goede weersverwachtingen slecht beschikbaar. Juist in die gebieden die kwetsbaar zijn voor overstromingen en droogte. Dit komt onder andere door een gebrek aan gegevens: meten is weten! Weerstations zijn duur, gaan makkelijk stuk en worden in ontwikkelde landen geproduceerd. Mede hierdoor is Afrika een slecht bemeten continent. Kan jij een manier bedenken om weer en klimaat te meten, goedkoop en robuust, met in Afrika beschikbare materialen en technieken? Welke mogelijkheden bieden consumentenelektronica, telefoons, 3D printen etc.? Ontwerp een meetmethode voor regen, wind, zonnestraling, vochtigheid, temperatuur of grondwater en draag bij aan het Trans-African HydroMeteorological Observatory (TAHMO, www.tahmo.org).

Jullie opdracht: Ontwerp een meetmethode voor regen, wind, zonnestraling, vochtigheid, temperatuur of grondwater. Maak een prototype en test dit prototype op je school. Maak een handleiding (inclusief filmpjes) zodat anderen je meetmethode kunnen namaken.

Superbeton
Dr. Henk Jonkers & Damian Palin – Civiele Techniek en Geowetenschappen, TU Delft

Beton is wereldwijd zeer populair bouwmateriaal. In ontwikkelingslanden, vooral in afgelegen gebieden, is het beton echter van lage kwaliteit (bijvoorbeeld omdat er minder cement wordt gebruikt; dat is goedkoper). Dit zorgt ervoor dat de constructies van dit beton sneller barsten vertonen en minder lang meegaan. Kleine scheurtjes in beton kunnen grote gevolgen hebben. Mensen verliezen hun huis door betonschade, de oogst mislukt door lekkage in betonnen irrigatiesystemen of de aanvoer van verse producten loopt spaak door een ingestorte brug. Beton herstellen of, beter nog, een hele nieuwe constructie plaatsen is erg duur. Vaak is dit niet te betalen voor de arme lokale bevolking in ontwikkelingslanden. Biologisch-geïnspireerde, duurzame materialen zouden hier een uitkomst kunnen zijn.

Jullie opdracht: Bedenk een duurzame en haalbare manier om “superbeton” te produceren. De focus bij deze opdracht ligt op het gebruik van lokaal-geproduceerde, natuurlijke vezels en azijnzuur uit lokale fruitoverschotten in combinatie met het gebruik van kalksteen-producerende bacteriën, om het beton zelfhelend te maken.

Producten uit micro-algen
Dr. Ben van den Broek & Dr.ir. Dorinde Kleinegris – AlgaePARC, Wageningen UR Food & Biobased Research

Fossiele grondstoffen worden steeds schaarser en daarom moeten we kijken naar nieuwe grondstoffen om gas en olie te vervangen. Niet alleen voor de productie van brandstoffen, maar ook voor het maken van chemicaliën en materialen. Plantaardig materiaal is hier zeer geschikt voor. In een Biobased Economy worden gewassen en reststromen uit de landbouw en voedingsmiddelenindustrie ingezet voor niet-voedseltoepassingen. Om niet te concurreren met de voedselproductie wil je gewassen laten groeien op plekken waar geen voedselgewassen verbouwd kunnen worden. Microalgen, zeer kleine plantachtige organismen, staan bekend om de productie van lipiden/olie waar biodiesel van gemaakt kan worden. Bovendien kunnen ze groeien in brak en/of zout water waardoor de productie hiervan niet ten koste gaat van de voedselproductie. Echter, microalgen bevatten ook nog andere inhoudsstoffen zoals eiwitten, koolhydraten en pigmenten. De technieken die gebruikt worden om verschillende inhoudsstoffen uit microalgen te halen noemt men de Bioraffinage. Voor Derde wereldlanden, die de ideale omstandigheden bieden (licht en warmte) voor het groeien van microalgen, biedt dit nieuwe mogelijkheden om op een duurzame manier materialen te produceren.

Jullie opdracht: Bedenk hoe je de verschillende inhoudsstoffen uit de microalgen kunt isoleren en bedenk welke typen producten je hier van kunt maken ter vervanging van de producten die gemaakt worden met behulp van fossiele brandstoffen.

Colloïdale nanomagneten
Dr. B.H. (Ben) Erné & Frans Dekker, PhD – Chemie, Universiteit Utrecht

Naar schatting lopen wereldwijd 200 miljoen mensen een direct risico om in aanraking te komen met gevaarlijke stoffen via drinkwater en milieu [bron: http://www.gahp.net/new/]. Het grootste  gedeelte van deze mensen leeft in ontwikkelingslanden, waar weinig middelen zijn om afvalstromen te zuiveren. Hierom is het belangrijk dat er goedkope oplossingen komen om gevaarlijke stoffen uit water te halen. Magneetjes van slechts enkele nanometers in omvang zijn zo klein dat je ze gemakkelijk kunt verspreiden in een vloeistof. Bij heel hoge concentratie van deze zogenaamde colloïdale nanomagneten gedraagt de vloeistof zich als vloeibare magneet, die in z’n geheel stroomt in de richting van een grote vaste magneet, zie foto. Bij veel lagere concentratie kun je de nanomagneten echter gebruiken voor het vangen van giftige metaalionen. Afhankelijk van de chemische samenstelling van het oppervlak van de nanomagneten blijven ionen van zware metalen heel effectief daaraan plakken en zijn ze met een grote magneet eenvoudig uit de oplossing te scheiden [bronnen te vinden via Google: “magnetic nanoparticles heavy metals”]. De nanomagneetjes zijn bovendien relatief simpel en goedkoop te maken, door chemische synthese. Daarom lijken ze een goede kandidaat om ingezet te worden voor het zuiveren van water in ontwikkelingslanden.

Jullie opdracht: Bedenk een nieuwe manier om, met behulp van colloïdale nanomagneten, de waterzuivering in ontwikkelingslanden te verbeteren.

Let op! Een onderdeel van dit project is deelname aan de masterclass “Magnetische vloeistoffen” op vrijdag 4 november 2016. Tijdens deze dag leer je eerst over de theorie van colloïdale nanomagneten, waarna je zelf het lab op gaat om je eigen magnetische vloeistof te maken.

N.B.: Deelname aan de masterclass kost 35 euro. Vraag een eigen leraar hoe dit op jouw school wordt geregeld. 

PHA productie om afvalwaterzuivering te verbeteren
Ir. J.L. (Jules) Rombouts & Ir. J. (Jelmer) Tamis – Biotechnologie, TU Delft

Ongeveer 8 procent van het globale papier en pulp wordt in derdewereldlanden gemaakt en de industrie is groeiende in derdewereldlanden. De Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) heeft toxische effluent lozing van industrie als opkomend probleem gesignaleerd voor de gezondheid en het milieu in derdewereldlanden. In deze landen is er nauwelijks tot geen regulatie op afvalwater en vind deze ook nauwelijks plaats bij papier productie. Afval water uit de papier industrie bevat veel opgeloste suikers en lignine, die in een ecosysteem kunnen leiden tot zuurstofdepletie, met massa sterfte tot gevolg.

Met behulp van polyhydroxyalkanoaat (PHA) productie kan een groot deel van de opgeloste suikers uit het afval water worden gehaald en opgeslagen als PHA. PHA is een verzamelnaam van biologische polymeren en kan als grondstof dienen voor bio-plastic. In dit proces worden aanwezige suikers eerst omgezet naar vetzuren, en deze vetzuren worden dan opgeslagen als PHA. Een probleem met PHA is dat er nog geen haalbare toepassingen zijn voor PHA met gemengde samenstelling monomeren.

Jullie opdracht: Zoek geschikte toepassingen voor PHA met gemengde samenstelling monomeren, zodat afvalwaterzuivering in de derde wereld zichzelf kan gaan terug betalen. Daaraan gekoppeld zit de vraag welke zuivering geschikt is voor deze toepassing.

Biovergisting van reststromen
Ir. Philip Troost – Troost Rotterdam Holding BV, Rotterdam

TRH BV is opgericht in 2015 en richt zich op de bio-vergisting van organische reststromen uit Rotterdam en de conversie daarvan naar biogas en vervolgens de productie van bio-plastic voor de lokale “maak” industrie. Stadsgas gaat restafval van de Rotterdamse horeca converteren naar bioplastics door middel van bio-vergisting.

Dit project begint met een pilotinstallatie in het Vierhavengebied in Rotterdam West. Deze installatie bestaat uit meerdere vergistingtanks, die gemaakt zijn met een 3D-printer, waarmee organische grondstoffen worden omgezet in hoogwaardige biochemie en biopolymeren.

Jouw opdracht: Bedenk een duurzaam platform rondom deze of een soortgelijke installatie voor de reststromen in een ontwikkelingsland.

Innovatieve technologieontwikkeling door het manipuleren van bodemeigenschappen
Dr. Susanne Laumann, Prof. dr. Timo Heimovaara & Jiani Zhou, PhD – Geo-engineering, TU Delft; Dr. Boris Jansen – IBED, UvA

Bodemeigenschappen zoals de doorlatendheid beïnvloeden in grote mate ons leefomgeving. Denk bijvoorbeeld aan de stabiliteit van een dijk of de opslag van water in grote bassins. Op dit moment wordt bij de TU Delft en de Universiteit van Amsterdam een nieuwe techniek ontwikkeld om de doorlatendheid van de bodem te verlagen. Het idee is gebaseerd op natuurlijke bodemvormende processen (podzolisatie proces, zie figuur). Tijdens dit proces worden organisch stof en metalen in de toplaag van de bodem gemobiliseerd en naar de diepere lagen getransporteerd. Door verschillende biogeochemische processen ontstaat op een bepaalde diepte een neerslag waardoor een bijna ondoorlatend laag in de bodem ontstaat. In de natuur is dit een langdurig proces. De uitdaging is dit natuurlijke proces na te bootsen op plekken waar het nu niet optreedt, maar wel gewenst is, bijvoorbeeld in een lekkende dijk. En om het proces zo te versnellen dat het binnen een acceptabele tijdsschaal optreedt. Sleutel hiertoe is de verschillende reactanten die in de natuur podzolisatie veroorzaken (organisch stof en metalen) op een slimme manier op de gewenste plek bij elkaar te brengen.

Jullie opdracht: Bedenk hoe je het proces zou kunnen stimuleren en wat toepassingsgebieden in een ontwikkelingsland zijn. Waar kun je de benodigde reactanten vandaan halen en hoe breng je ze op de geschikte plek met elkaar in contact? Wat zijn bij voorbeeld mogelijke bronnen van organisch stof die in een ontwikkelingsland beschikbaar zijn?

 

Waterzuivering door fotokatalyse
Dominik Benz, Jing Guo & Prof. Ruud van Ommen – Chemical Engineering, TU Delft

FotokatalyseDe zon zorgt niet alleen voor blije gezichten en de nodige warmte en licht voor de aarde, waardoor het mogelijk is om voedsel te groeien en leven op aarde mogelijk te maken. Ook andere voordelen kunnen uit de aanwezigheid van de zon worden gehaald. Steeds meer zonnepanelen worden geïnstalleerd om zonne-energie in elektriciteit om te zetten. De volgende stap is om de zon te gebruiken om chemische reacties te versterken, genoemd fotokatalyse. Hierbij wordt de zon gebruikt (met behulp van een speciaal poeder, genaamd een photocatalyst) om een reactie te laten ontstaan. In dit geval wordt deze technologie gebruikt om verontreinigd water te zuiveren door de verontreinigde stoffen af te breken in onschadelijke stoffen.  

Jullie opdracht: Jullie zullen een van de speciale poeders testen en uitzoeken hoe snel verontreinigde stoffen onschadelijk worden gemaakt met behulp van zonnekracht en hoe andere condities hierop invloed hebben (licht intensiteit, temperatuur, etc.). Op basis hiervan bedenken jullie een platform voor een ontwikkelingsland.

Doe meer met je water
Michiel in ’t Zandt (PhD), dr. Monique Slegers, dr. Francisca Maalcke-Luesken - Afdeling Microbiologie, Soehngen Institute of Anaerobic Microbiology, Radboud Universiteit Nijmegen

Zonder water zouden we niet kunnen (over)leven. We drinken het, wassen ermee en we hebben water nodig voor het produceren van voedsel. Volgens de voedsel- en landbouworganisatie van de Verenigde Naties, de FAO, is 2,5% van het water op aarde zoetwater. Hiervan is slechts 1 % beschikbaar voor menselijk gebruik. Het is dus belangrijk om goed met deze schaarse hulpbron om te gaan.

Biologische afvalwaterzuivering is een van de methoden om vervuild water weer schoon te maken. Hiervoor maakt men gebruik van micro-organismen. Een bekende afvalwaterzuiveraar is de anammox-bacterie. Deze bacterie is ontdekt in een afvalwaterzuivering in Nederland. Anammox-bacteriën zetten de afvalstof ammonium om in stikstofgas zonder hierbij zuurstof te gebruiken. Met deze bacteriën is het mogelijk om een energiezuinig en compact waterzuiveringssysteem te ontwikkelen. Dit wordt al met succes toegepast in duurzame vormen van afvalwaterzuivering. Hier worden de reststromen van anaerobe vergisting door middel van anammox-bacteriën gezuiverd.

Jullie opdracht: Je gaat onderzoeken hoe een anammox-reactor in elkaar zit en gebruikt deze kennis voor het ontwerpen van een anaerobe afvalwaterzuiveringsunit voor ontwikkelingslanden. Denk hierbij na over de mogelijkheid om lokale middelen te gebruiken voor het ontwerp. Zijn er naast schoon water nog andere producten die anaerobe waterzuivering kan opleveren? In welke omgeving kan deze techniek het beste worden toegepast?