Op het grensvlak tussen zoet en zout water zit een enorm energiepotentieel. Ionen uit het zoute water streven namelijk naar een hogere entropie, waardoor ze naar het zoete water trekken. Dit natuurkundig verschijnsel kan je gebruiken om stroom op te wekken, ook wel bekend als blue energy. Met een techniek die bekend staat als reverse elektrodialyse (RED) is het mogelijk om het energiepotentieel van de deelstromen te oogsten. REDstack ontwikkelde membranen die selectief positief of negatief geladen ionen doorlaten en bouwde hiervan een systeem dat inmiddels werkend te zien is op de Afsluitdijk.

Wereldwijd zijn er heel wat deltagebieden waar zoet water uit de rivieren de zoute zee instroomt. Bovendien lozen veel rioolwaterzuiveringen hun zoete water in zee. Dit zijn allemaal potentiële energiebronnen wat REDstack betreft. Directeur Pieter Hack rekende al uit dat wereldwijd één terawatt blue energy beschikbaar is. Men moet het alleen nog maar oogsten. ‘Theoretisch is het energiepotentieel van een vierkante meter membraan twee watt. Daarmee zou een kuub zoet water die de zee instroomt één megawatt per seconde kunnen opleveren’, zegt Hack. ‘Nu is het lastig om alle energie te winnen, maar een deel is al voldoende. Het grote voordeel van deze technologie vergeleken met bijvoorbeeld wind- en zonne-energie is dat het altijd beschikbaar is. Zolang het zoete water richting zee stroomt, ontstaat het potentiaalverschil en kunnen we produceren. Bovendien zou een installatie met een capaciteit van honderd megawatt op vrij korte termijn stroom kunnen leveren tegen een kostprijs van elf cent per kilowattuur. Door schaalvoordelen zou die prijs zelfs kunnen zakken naar de vijf cent, volgens gerenommeerde bureaus.’

Stacks

De ontwikkeling van de RED-technologie is al lang geleden begonnen. Een grote uitdaging was om de juiste membranen en stacks te ontwikkelen tegen zo laag mogelijke kosten. Hack: ‘De eerste testopstellingen haalden nog geen één procent van de theoretische opbrengst van blue energy. Het duurde dan ook lang voor we uiteindelijk de balans vonden tussen kosten en prestaties. Daarna moesten we nog de membranen in een stack plaatsen en voorzien van elektroden die het opgewekte potentiaal omzetten in elektrische stroom. Uiteindelijk konden we testen in 2014 en leek het of meneer Murphy ook zijn intrek had genomen op de Afsluitdijk. Zowat alles wat mis kon gaan, ging mis. We hadden op den duur zelfs te maken met drijfijs. Gelukkig leer je ook van tegenslagen en dus konden we verder bouwen aan een robuust systeem dat weinig onderhoud vergt. Het heeft immers nauwelijks draaiende delen.’

‘Waterschaarste wordt op den duur misschien nog wel een groter probleem dan energieschaarste.’

Pieter Hack directeur REDstack

Inmiddels zijn de meeste hobbels wel overwonnen en draait een pilotinstallatie op de Afsluitdijk. Maar Hack wil deze pilot graag opschalen naar een grotere capaciteit, op industrieel demonstratieniveau. Hack: ‘We hebben intussen belangrijke resultaten geboekt met de stack-technologie. We weten niet alleen hoe we de stacks moeten ontwerpen, maar ook hoe de processen daaromheen moeten worden ingericht. Je moet immers water innemen, voorfiltreren en in de stacks leiden. De volgende stap voor ons is om opschalingsprojecten op te starten zodat we de industriële werking van blue energy voor potentiële klanten kunnen aantonen. Dit is een zeer interessante technologie voor duurzame energieproducenten omdat het een vaste basislast levert.’

Ontzilting

Hack heeft echter nog meer ijzers in het vuur. Want met dezelfde membranen en stacks is ook elektrodialyse mogelijk. Een beproefde techniek om zout water te ontzilten. ‘Waterschaarste wordt op den duur misschien nog wel een groter probleem dan energieschaarste. De jarenlange ontwikkeling in de membranen en stacks leverde uiteindelijk een product op dat ook op ontziltingsgebied beter is dan die nu op de markt verkrijgbaar zijn. Op korte termijn levert deze markt ons dan ook meer op dan die van blue energy. We denken dat de impact van beide toepassingen groot kan zijn op de klimaatuitdagingen waar we voor staan. Om op grotere schaal te leveren, moeten we wel een membraanproductielijn inrichten. Ook voor de stacks geldt dat als we die op industriële schaal kunnen produceren, ze steeds goedkoper worden. En daarvoor hebben we vooral geld nodig.’

Met een bedrag van 17 miljoen euro kan REDstack de komende drie jaar zodanig opschalen dat het op eigen benen verder kan. Hack doet daarom mee aan de Dragons’ Den of Transition tijdens de afsluiting van de European Industry & Energy Summit 2021, 7 en 8 december in Rotterdam Ahoy. ‘We hebben al veel belangstelling, niet alleen uit enkele Europese landen, maar ook uit Colombia, Zuid-Afrika en Zuid-Korea. Bovendien ligt er al vijf miljoen euro subsidie op ons te wachten. Daar kunnen we echter pas gebruik van maken als we drie miljoen euro eigen geld kunnen investeren. Onze businesscase is voor een investeerder dan ook zeer aantrekkelijk met een volwassen technologie en een markt die liever vandaag dan morgen zowel de ontzilting als energieopwekkingsmogelijkheden wil inzetten.’

Reverse ElectroDialysis

Reverse ElectroDialysis (RED) oftewel omgekeerde elektrodialyse maakt gebruik van het feit dat zouten zijn opgebouwd uit positief en negatief geladen ionen. In zeewater zijn dat voornamelijk Na+ en Cl-. Bij RED worden twee type membranen gebruikt. Dit zijn membranen die uitsluitend positieve ionen doorlaten: Cation Exchange Membranes. En membranen die enkel negatieve ionen doorlaten: Anion Exchange Membranes.

Wanneer zout water tussen twee van zulke membranen doorstroomt, met aan de andere zijde van de membranen zoet water, dan zullen de ionen uit het zoute water naar het zoete water willen migreren. Met een CEM aan de ene zijde en een AEM aan de andere zijde, zullen de beide soorten ionen dus in tegenovergestelde richting migreren. Op die manier ontstaat een transport van positief geladen delen in de ene richting en negatief geladen delen in de andere richting. Zo ontstaat er dus een positieve en negatieve, ofwel een elektrochemische cel, een duurzame, volcontinue energie-generator.

Enorme hoeveelheden CO2 liggen opgeslagen in onze oceanen. Energiewetenschapper Paul Straatman stelt een methode voor om dat koolzuurgas te winnen uit het zeewater. Dat heeft een ‘aanzuigende’ werking op de CO2 in onze atmosfeer, wat de concentratie broeikasgassen dus flink vermindert. ‘De CO2 uit de zee stop je in lege gasvelden of je maakt er synthetische brandstoffen mee.’ Straatmans methode kan tegen geringe kosten gecombineerd worden met een bestaande technologie om energie op te wekken uit zeewater: Oceanische Thermische Energieconversie (OTEC). ‘Het mes snijdt daarmee aan drie kanten, of eigenlijk vier, want OTEC levert ook nog eens grote hoeveelheden zoetwater op.’

Een OTEC-installatie wekt hernieuwbare energie op uit de temperatuurverschillen die van nature in de oceanen voorkomen. ‘Het is een vorm van zonne-energie’, legt Straatman uit. ‘Je maakt immers gebruik van het principe dat de zon het water uit de bovenste lagen van de oceaan opwarmt.’

Temperatuurverschillen

Er zijn verschillende soorten OTEC. ‘In ons geval breng je warm zeewater in een vacuüm vat. In een ander vacuüm vat stop je koud water dat van een kilometer diep wordt aangezogen.’ Tussen beide vaten is er een verschil in dampspanning. ‘Zoals bij twee hogedrukpannen met water, waarvan je er een verhit en de ander koelt. In de pan met heet water heerst een hogere druk dan in de andere pan.’ De vaten zijn verbonden via een turbine. Die gaat draaien door het drukverschil en wekt zo elektriciteit op.

Nuttige afvalstroom

Bij OTEC komen CO2 en andere gassen vrij. Waar komt die CO2 vandaan? ‘Zeewater neemt CO2 uit de atmosfeer op. Fotosynthese zorgt vervolgens voor de omzetting daarvan naar organisch materiaal. Dat sterft af, zakt naar de diepte en wordt daar weer afgebroken tot CO2, opgelost in water en dus niet gasvormig.’ Dat CO2-rijke diepzeewater verdampt door het vacuüm in de OTEC tot een mengsel van stoom, CO2 in gasvorm en andere gassen. Die gassen worden beschouwd als afval, maar Straatman becijfert hoe je die afvalstroom kunt zuiveren en zo een hogere concentratie CO2 kunt winnen. ‘Dat kun je opslaan, of er synthetische brandstoffen mee maken. Voor toepassingen waarvoor elektromotoren nu nog geen alternatief zijn, zoals de luchtvaart, of voor industriële processen waarbij zeer hoge temperaturen vereist zijn, zoals de staal- of glasproductie. Je stopt zo ook nog eens de ophoping van fossiele koolstof in de atmosfeer. En de stoom kun je, eenmaal gecondenseerd, als zoetwater naar de wal brengen.’

Goedkope methode

Het idee van Straatman heeft een grote potentie. De oceanen herbergen 39.000 gigaton aan CO2 en de atmosfeer ‘slechts’ 750 gigaton. Opvang, gebruik en opslag van oceanisch CO2 zal de concentratie van broeikasgas in de atmosfeer en oceaanverzuring aanzienlijk doen verminderen. ‘Mits fossiele brandstoffen worden uitgefaseerd,’ nuanceert Straatman. Eerdere pogingen om CO2 uit de oceanen op te slaan bleken kostbaar of inefficiënt. Meeliften op het principe van OTEC moet aan die bezwaren tegemoetkomen, is de verwachting. ‘Het is bovendien een veel goedkopere methode dan directe CO2-opvang uit de atmosfeer.’

Promotieonderzoek

Paul Straatman werkt bij chemieconcern Indorama aan CO2-reductietechnologieën. Op basis van zijn onderzoek over OTEC en CO2-binding zal hij aan een promotietraject beginnen, onder begeleiding van Wilfried van Sark. Eerder al schreven ze samen een artikel over een innovatieve toepassing van zonnevijvers en OTEC.

Vlaanderen behoort tot de regio’s in Europa met de grootste waterschaarste. De toestand vormt ook een bedreiging voor de Vlaamse economie. Daarom brengt het SmartWaterUse project de waterrisico’s in kaart en zoekt het naar oplossingen voor de sectoren (zee)voeding, aquacultuur, textiel en toerisme. Het project pakt uit met een WaterBarometer voor bedrijven. Die koppelt gedetailleerde informatie over de bedrijfswaterstromen aan de mogelijkheden van lokale, alternatieve waterbronnen.

De bedrijfswereld beseft stilaan de ernst, maar zoekt nog naar oplossingen voor de precaire waterbeschikbaarheid in Vlaanderen. Uit een VOKA-bevraging blijkt dat zeventig procent van de ondernemingen wel watertekorten vrezen, maar dat negentig procent nog geen noodplan heeft. Bovendien kan tachtig procent niet overschakelen op een alternatieve waterbron en kan 81 procent op korte termijn geen preventieve maatregelen nemen om het waterverbruik tijdelijk en significant te verminderen. Het SmartWaterUse project komt dus niets te vroeg.

WaterBarometer

Centraal in het project staat de WaterBarometer. Deze tool, een ontwikkeling met VITO in de lead, verschaft bedrijven dieper inzicht in hun watermanagement en stelt gerichte optimaliseringsacties voor. Een uitgebreide waterbalans met alle waterstromen en gerelateerde kosten worden visueel gepresenteerd en hun risico’s worden bepaald. Tegelijk krijgen de bedrijven een omgevingsanalyse met nabijgelegen alternatieve, duurzame waterbronnen. Voor deze waterbronnen wordt ook telkens een geschikte behandeling gepresenteerd.

Daarnaast plant het SmartWaterUse project ook een reeks demonstratieworkshops met informatie over de mogelijkheden van de monitoring en dataverwerking. Tegelijk wordt de geldende wetgeving van de alternatieve waterbronnen overzichtelijk gepresenteerd voor bedrijven.

Ondanks dat er sinds september een gemiddelde hoeveelheid regen is gevallen, zijn de grondwaterstanden in delen van het werkgebied van waterschap Aa en Maas nog niet volledig hersteld. Daarom houdt het waterschap ook komende periode vast aan de maatregelen die zijn genomen om de grondwaterstand te herstellen: het water zoveel mogelijk conserveren door de peilen hoog te zetten en maximaal water aanvoeren vanuit de Maas. Deze maatregelen moeten voorkomen dat er 1 april een onttrekkingsverbod moet worden ingesteld, mocht er komende twee maanden een minimale hoeveelheid regen vallen.

De hoge peilen hanteert het waterschap al sinds de herfst van 2018. ‘We hebben nu opnieuw een afweging moeten maken tussen het extra aanvullen van de grondwater en het agrarische gebruik van het land heel vroeg in het jaar’, zegt Peter van Dijk, lid van het dagelijks bestuur van waterschap Aa en Maas. ‘Maar de grondwaterstanden zijn nog dusdanig laag dat we moeten blijven vasthouden aan hoge peilen. Als het komende twee maanden niet meer serieus gaat regenen dan is er 1 april een reële kans op een onttrekkingsverbod voor het beregenen van grasland uit grondwater. Die kans willen we met deze maatregelen verkleinen.’

Grote verschillen

Er zijn grote verschillen tussen de hoge zandgronden zoals de Maashorst, ten zuiden van Helmond en in de Groote Peel en de rest van het werkgebied. Bij de hoge zandgronden is er nog sprake van lage tot zeer lage grondwaterstanden, waarbij de grondwaterstanden tot wel een kleine meter afwijken. Om het grondwater op de hoge gronden weer op niveau te krijgen is er de komende maanden nog veel regen nodig. Het maximaliseren van de aanvoer zorgt ervoor dat er op de flanken van de Peelhorst tegendruk ontstaat door tegendruk van volle sloten. Daarmee wordt de afvoer van grondwater op de Peelhorst voorkomen. Dat komt de natuur daar ten goede.

Sponswerking

Deze maatregelen komen tot stand in nauw overleg met landbouworganisaties, terreinbeheerders als Brabants Landschap, Natuurmonumenten en Staatsbosbeheer en natuur- en landschapsorganisaties. Ernest de Groot, lid van het dagelijks bestuur van waterschap Aa en Maas: ‘We moeten de sponswerking van ons landschap herstellen. Dit wil zeggen dat we van stromende watergangen over moeten gaan naar stromende landschappen. Natuur- en milieuorganisaties steunen het extra vasthouden van water in het gebied, maar zouden ook graag het onttrekken van grondwater terug willen dringen. Deze wens is lastig omdat dit om een beleidswijziging vraagt van provincie en waterschappen.’

Het materiaal dat waterschappen als eerste uit afvalwater scheiden is een prima voedingsbodem voor planten. AquaMinerals, BlueRoof en een viertal Waterschappen testen de toepassing van dit zogenaamde roostergoed op blauwe daken: daken met planten die water kunnen bergen.

Roostergoed is een verzamelnaam voor het materiaal dat bij de afvalwaterzuiveringen als eerste uit de binnenkomende stroom wordt gefilterd. Dit materiaal eindigt nu nog in de verbrandingsoven, waardoor de (her)bruikbare stoffen verloren gaan. AquaMinerals werkt samen met BlueRoof en een viertal waterschappen aan een pilot om de haalbaarheid van de ontwikkeling van een substraat voor groene daken uit deze reststroom aan te tonen.

Roostergoed als substraat

Een substraat kent een aantal functies in het ondersteunen van de plant en diens groei. Het biedt een basis waarin de plant zich kan wortelen en verweren tegen de weersomstandigheden. Daarnaast voorziet de laag de plant van water en benodigde nutriënten.

Groene daken dragen bij aan de waterberging benodigd voor klimaatadaptatie. Een groen dak zorgt in de winter voor extra isolatie, terwijl het in de zomer juist voor afkoeling zorgt. Vooral in steden is deze vorm van afkoeling in de warme zomers een welkome en duurzame oplossing.

De toepassing van roostergoed als substraat voor een groen dak biedt twee voordelen. De waterschappen hoeven het roostergoed niet meer te verbranden en dragen tevens bij aan verduurzaming van waterbergende, groene daken.

Pilot

Momenteel bevindt de pilot zich in de uitvoering van de eerste fase. Hierbij verifiëren de onderzoekers alle op kleine schaal bereikte resultaten op grotere schaal. Ze testen op een groot aantal testmodules diverse eigenschappen van het materiaal, zoals het waterbergende vermogen, de afvloeivertraging, maar ook meten ook de uitloging of het verloop van meststoffen. Vooralsnog zien de resultaten er erg goed uit.

De samenwerking met BlueRoof is mede onderdeel van de recente samenwerking tussen AquaMinerals en de Energie- en Grondstoffenfabriek. Dit is de netwerkorganisatie van alle waterschappen waarin de transitie van afvalwaterzuivering naar de terugwinning van grondstoffen wordt gestimuleerd.

Hittegolven komen steeds vaker voor en worden steeds intenser. Alleen al deze zomer is Europa getroffen door twee extreme periodes van hitte en de derde lijkt in zicht. Onderzoekers van de Universiteit Gent en Wageningen University & Research hebben nu een verband aangetoond tussen dit soort hittegolven en droogte in zuidelijke gebieden waar de wind vandaan komt.

De onderzoekers bepaalden met satellietobservaties en modelleringstechnieken in welke mate lucht in droge gebieden opwarmt en bijdraagt aan extreme temperatuurstijgingen in gebieden waar de wind naartoe voert. Daaruit blijkt dat deze natuurrampen elkaar opvolgen: er ontstaat droogte en dat leidt weer tot benedenwindse periodes van hitte.

Hittegolven

Plotselinge veranderingen in de windrichting verplaatsen warmte uit droge gebieden. Dit werkt een abrupte stijging van de temperatuur in de hand. De wind voert de hete lucht mee terwijl de droge condities op de route de hitte nog eens versterken. Deze luchtstromen zijn verantwoordelijk voor ongeveer dertig procent van de abnormale hitte bij de Europese hittegolven van 2003 en 2010.

Volgens hoofdauteur Dominik Schumacher (Universiteit Gent) was de situatie tijdens de hittegolven van deze zomer vergelijkbaar. ‘Normaal koelt de hete lucht onderweg af door vegetatie en oceanen. Maar door de droge condities in Frankrijk en Spanje kon warme en droge lucht uit Noord-Afrika doordringen tot ver in het Europese vasteland.’

Deze situatie was vergelijkbaar met de hittegolven in 2003 en 2010. Toen kwam de lucht niet uit de Sahara, maar uit gebieden in Eurazië die te lijden hadden onder extreme droogte.

Beter voorbereid

Het onderzoek legt voor het eerst een verband tussen zuidelijke droogte en hittegolven in Europa. De resultaten zijn relevant om beter voorbereid te zijn op klimaatverandering. ‘De atmosfeer warmt langzaam maar zeker op als gevolg van klimaatverandering’, aldus prof. Diego Miralles (UGent) Er zullen meer periodes van droogte komen, die in de toekomst nog meer extreme hittegolven kunnen teweegbrengen. Dit verband tussen droge wind en hittegolven is van groot belang in strategieën die bepalen hoe we best kunnen omgaan met de klimaatverandering.’

 

Extreme droogte in onder meer India en Zuid-Afrika laat zien hoeveel impact een tekort aan water kan hebben. Uit onderzoek blijkt dat een kwart van de wereldbevolking in landen woont met een extreem hoog risico op waterschaarste. Dit onderzoek is verzameld in de nieuwe Waterrisico-atlas van het World Resources Institute die deze week is gepubliceerd.

Landen met een extreem hoog risico op waterschaarste gebruiken gemiddeld tachtig procent van het beschikbare hernieuwbare water in een jaar. Ze hebben dus weinig reserves en de druk op een alternatieve bron zoals grondwater is hoog. Bij veel vraag naar water, kunnen zelfs korte perioden van droogte grote gevolgen hebben. Die verhogen het risico op een acuut watertekort zoals in Kaapstad, Zuid-Afrika, in 2018 en nu in Chennai, India. Dit risico is volgens de nieuwe berekeningen extreem hoog voor zeventien landen, die samen een kwart van de wereldbevolking huisvesten.

Serieuze bedreiging

Een gebrek aan water vormt een serieuze bedreiging voor mensen, dieren en de natuur. Het kan ernstige gevolgen hebben voor voedselzekerheid en kan conflict en migratie veroorzaken of versterken. Door klimaatverandering en een groeiende wereldbevolking neemt waterschaarste in de toekomst alleen maar verder toe.

Hydrologisch model

Het mondiale hydrologische model PCR-GLOBWB van hydrologen van de Universiteit Utrecht vormt de basis voor de indicatoren in de atlas. Dit model biedt inzicht in de huidige en toekomstige stand van waterbronnen en hun gebruik. Met het model berekenden de wetenschappers de watervraag, de beschikbaarheid van oppervlakte- en grondwater en de resulterende wateronttrekkingen  voor cellen van het aardoppervlak van tien bij tien kilometer.

Grenzen overschreden

Doordat alle data op dezelfde resolutie beschikbaar en met hetzelfde model zijn berekend, kunnen de verschillende indicatoren van waterschaarste onderling worden vergeleken. Dit laat niet alleen zien waar de druk op hernieuwbare waterbronnen groot is, maar ook waar de grenzen van duurzaam gebruik al overschreden zijn en grondwaterreserves uitgeput raken. Dit is onder meer het geval in het Midden-Oosten en Noord-Afrika, waar de huidige schaarste in de toekomst nog nijpender zal worden.

Bij de waterschappen Rijn en IJssel en Vechtstromen is het voor het tweede jaar op rij net zo droog als in 1976. 1976 is landelijk gezien het droogste jaar ooit gemeten.

Door het wisselvallige weer verschillen de gevolgen van het neerslagtekort sterk per regio. In Twente en de Achterhoek zijn inmiddels de waarden uit 1976 na vorig jaar opnieuw bereikt. Dat heeft grote gevolgen voor de landbouw en natuur. Daarom zijn er in deze regio’s onttrekkingsverboden ingesteld voor oppervlaktewater. In de omgeving van kwetsbare natuurgebieden zijn er ook onttrekkingsverboden voor grondwater om de natuur te beschermen.

Droog

In het oosten en zuiden van het land is de afgelopen weken aanhoudend minder neerslag gevallen dan in de rest van Nederland, terwijl zij afhankelijk zijn van neerslag voor hun watervoorziening. Er is namelijk geen aanvoer vanuit de rivieren en kanalen mogelijk op deze hoge zandgronden. Het aantal beken dat droogvalt neemt toe. Neerslag is nodig om tot verbetering van de situatie te komen.

Ook de grondwaterstanden in het zuiden en oosten, die voor deze tijd van het jaar al zeer lagen waren, nemen verder af. Dit komt mede door de warmte van de afgelopen week.

Grote verschillen

Landelijk gezien ligt het neerslagtekort op 176 millimeter. Dat is meer dan het langjarig gemiddelde voor eind juli (circa 100 millimeter), maar aanzienlijk minder dan in 2018 en 1976 (circa 250 millimeter). Verdeeld over het land zitten er echter grote verschillen in het neerslagtekort. In het oosten van Nederland, met name in Twente en de Achterhoek, is het neerslagtekort het grootst: 269 millimeter in Twente en 242 millimeter in de Achterhoek. Dit is, net als eind juli vorig jaar, gelijk aan de situatie zoals die in 1976 was.

Hein Pieper, dijkgraaf waterschap Rijn en IJssel en vicevoorzitter Unie van Waterschappen: “We hebben hier in de Achterhoek en Liemers ook dit jaar weer te maken met extreme droogte. De waterstanden staan erg laag, deze standen zijn vergelijkbaar met die van vorig jaar rond deze tijd en met het tekort in 1976. Deze regio heeft het dus 2 jaar achter elkaar zwaar te verduren. Sinds 18 juli is het al verboden om water te halen uit beken, rivieren en vijvers om bijvoorbeeld te sproeien. Ook mag er geen grondwater opgepompt worden in twee kwetsbare natuurgebieden: Stelkampsveld en de Zumpe. Rijn en IJssel blijft er alles aan doen om het water zo lang mogelijk vast te houden en de regen die er valt op te vangen, zodat deze in de grond kan trekken.’

Het grondwater dat wordt opgepompt om gewassen te irrigeren is in veel gebieden te goedkoop en werkt daarmee inefficiënt gebruik en grondwateruitputting in de hand. Dit blijkt uit recent onderzoek van een onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit Utrecht in samenwerking met Wageningen Economic Research en het internationale onderzoeksinstituut IIASA.

De helft van het water dat wordt gebruikt voor de irrigatie van gewassen is opgepompt grondwater. Het zorgt voor een vijfde van de wereldwijde voedselproductie. Het meeste grondwater wordt gebruikt in de drogere gebieden van onder andere de Verenigde Staten, India, Pakistan, Iran en China, maar ook in Spanje, Italië en Mexico is het grondwatergebruik aanzienlijk. Omdat in deze droge gebieden het grondwater nauwelijks wordt aangevuld, leidt dit tot dalende grondwaterstanden en grondwateruitputting. Met droogvallende putten, bodemdaling en uitdroging van natuurgebieden als gevolg.

Niet-hernieuwbare bron

Grondwater dat nauwelijks wordt aangevuld, wordt ‘niet-hernieuwbaar’ genoemd en kan men vergelijken met een delfstof zoals olie of goud. Maar hoeveel betaalt men dan voor die delfstof? De onderzoekers zochten dit uit door de ‘schaduwprijs’ van irrigatiewater te bepalen voor vijf geïrrigeerde gewassen in elf landen die het meeste niet-hernieuwbaar grondwater gebruiken. De schaduwprijs is de netto-opbrengst van de laatste kubieke meter water en tevens de maximale prijs die een boer zal willen betalen voor grondwater. De onderzoekers gebruikten hierbij een combinatie van hydrologische modellering, landbouwstatistieken en econometrische methoden.

Schaduwprijs

‘De schaduwprijs is een goede maat voor de efficiëntie van watergebruik’, zegt Marc Bierkens, onderzoeksleider en hoogleraar hydrologie aan de Universiteit Utrecht. ‘Je kunt niet-hernieuwbaar grondwater maar één keer gebruiken. Een lage schaduwprijs betekent dus dat de baten van dit grondwater gering zijn. Een lage schaduwprijs is ook een indicatie dat verborgen kosten zoals schade door bodemdaling, het droogvallen van natuurgebieden en het onttrekken van water aan meer winstgevende activiteiten niet voor rekening van de boer komen. Dit betekent dus dat niet-hernieuwbaar grondwater inefficiënt wordt gebruikt.’

Goedkope gewassen vervangen

Er kan veel niet-hernieuwbaar grondwater worden bespaard en dat leidt tot welvaartsgroei, laten de onderzoekers zien. Dit kan door goedkope gewassen te vervangen voor gewassen die per hectare meer opbrengen. Dit geeft een handvat om niet-hernieuwbaar grondwater verstandiger te gebruiken en de uitputting van grondwaterreserves te beperken.

Het tekort aan blauw water is bekend bij de meeste mensen. Denk aan de tekorten van grond- en oppervlaktewater. Het tekort aan groen water, ofwel regenwater, is echter nog vrij onbekend. Groen water is de regenval boven land die direct gebruikt wordt door planten en verdampt naar de atmosfeer. UT-onderzoekers Joep Schyns, Arjen Hoekstra en collega’s brachten in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS de tekorten van groen water in kaart.

De rivier- en grondwaterreserves nemen wereldwijd af. Nu blijkt uit een nieuwe analyse van de Universiteit Twente dat de duurzame grens aan direct regenwatergebruik (groen water) in veel regio’s is bereikt en in verschillende landen in Europa, Midden-Amerika, het Midden-Oosten en Zuid-Azië is overschreden.

Regenval voedt rivieren en grondwaterreserves, bekend als blauw water, maar een deel van de regenval wordt rechtstreeks door planten gebruikt en keert terug naar de atmosfeer als verdamping. Dit groene water is de grootste bron van water voor de productie van voedsel, vezels (voor kleding), veevoer, hout en bio-energie. Tevens is groen water essentieel voor de biodiversiteit op land die volledig van groen water afhankelijk is. Dit levert spanning op, omdat de vraag naar biomassa in de economie toeneemt, terwijl de hoeveelheid groen water beperkt is.

Groene waterschaarste

Traditioneel gaat het waterschaarstedebat altijd over blauw water. De Universiteit Twente maakt het beeld van de wereldwijde schaarste van beperkt zoetwater compleet door groene waterschaarste te kwantificeren. De onderzoekers maakten een inschatting van de hoeveelheid groen water die wordt gebruikt voor de productie van biomassa voor de menselijke economie. Dat vergeleken zij met de beschikbaarheid van groen water. De jaarlijkse regenval is beperkt en een groot deel daarvan valt in gebieden die slecht bereikbaar, onproductief of essentieel voor natuurbehoud zijn.

Consumptiepatronen

De onderzoekers konden in hun studie aantonen waar de druk op nog onaangetaste groene waterstromen het grootst is, waaronder tropische regenwouden. Schyns: ‘Door bevolkingsgroei, de consumptie van relatief meer dierlijke producten en energie uit biomassa, neemt de groene watervoetafdruk van de mens alleen maar toe. Om de toenemende druk op beperkt groen water af te remmen, is het van belang om onze consumptiepatronen te heroverwegen. Door onze eigen voetafdruk te verkleinen vermindert de noodzaak om elders groen water van de natuur ‘af te pakken’ voor land- en bosbouw.’