project

Duurzamere procesindustrieën dankzij digitale en circulaire innovaties voor watergebruik

AquaSPICE

Expert(s):
dr. Johann Poinapen PhD, FIEAust, CPEng, dr. Lydia Vamvakeridou-Lyroudia MEng, dr. Gerard van den Berg

  • Startdatum
    01 dec 2020
  • Einddatum
    30 jun 2024
  • Opdrachtgever
    Europese Commissie
  • samenwerkingspartner(s)
    Rheinisch-Westfaelische Technische Hochschule Aachen, Dow Olefinverbund GmbH, BASF Antwerpen NV, Solvay Chimica Italia s.p.a., Turkiye Petrol Rafinerileri Anonim Sirketi, JEMS, Energetska Druzba, d.o.o., Agricola International SA Bacau, ENGIE Laborelec, Water-Link, Consorzio ARETUSA, Fundacio Eurecat, VITO, Water Europe, Maggioli SpA, Ghent University, Universita Poliytecnica Delle Marche, Polytechneio Kritis, Institute of Communication and Computer Systems, Athens University of Economics and Business, University of Huddersfield, Business Development Group SRL, Strane Innovation SAS, Audencia Business School, Qlector Razvoj Celovitih Resitev za Pametne Tovarne DOO, Acceligence LTD, Evides Industriewater, HZ University of Applied Sciences, DOW Benelux BV

KWR heeft onlangs vanuit het Horizon 2020-programma van de Europese Unie financiering gekregen voor het onderzoeksproject AquaSPICE. Dit project, dat past in het streven van de EU naar een waterslimme economie en samenleving, moet circulair watergebruik in de Europese procesindustrieën bevorderen. KWR werkt in dit project nauw samen met 28 andere partijen: onderzoeksinstituten, universiteiten, de industrie en het MKB.

In verreweg de meeste industrieën wordt in bepaalde fasen van het productieproces water gebruikt. Wereldwijd tekent de industrie voor naar schatting een vijfde van het totale zoetwatergebruik; in de geïndustrialiseerde landen zelfs voor de helft. De industrie is ook een belangrijke bron van watervervuiling: van al het industriële afvalwater wordt slechts 60% gezuiverd voordat het wordt geloosd in het milieu. Voor het Global Water Partnership Network is een efficiënt en duurzaam gebruik van water in de industrie een prioriteit binnen de integrale strategie gericht op het beheer van waterreserves. Voor veel EU-lidstaten is dit ook een van de belangrijkste aandachtsgebieden bij de milieubescherming. Met innovaties in de waterzuivering kunnen belangrijke industrieën bijna al het benodigde water hergebruiken. Dan ontstaat er een nagenoeg volledig gesloten watercyclus. Hiermee wordt een nieuwe miljardenmarkt aan uitgespaarde of hergebruikte hulpbronnen ontsloten.

Het project AquaSPICE moet de duurzaamheid van de Europese procesindustrie bevorderen door digitale en circulaire innovaties op het gebied van watergebruik aan te dragen: compacte oplossingen voor industriële toepassingen. Daarmee moet het project ook meer bewustzijn creëren over het belang van een efficiënt gebruik van natuurlijke hulpbronnen. In project AquaSPICE wordt watermanagement systemisch benaderd. Optimaal efficiënt watergebruik wordt gerealiseerd door geschikte technologieën en praktijken op verschillende niveaus aan te passen: afzonderlijke industriële processen (installaties); complete fabrieken; samenwerking tussen industrieën (industriële symbiose); samenwerking van de industrie met andere sectoren (bijvoorbeeld huishoudens en/of de landbouw). AquaSPICE draagt innovaties aan die meteen kunnen worden geïmplementeerd, herhaald en opgeschaald.

Naar een geïntegreerde en digitale Europese procesindustrie

AquaSPICE ontwikkelt, integreert, demonstreert en levert innovaties die op drie pijlers rusten.

Visie, strategie en aanbod van AquaSPICE

 

  1. PROCESINNOVATIE: De casestudies van AquaSPICE passen allerlei geavanceerde technologieën toe voor het terugwinnen van energie en grondstoffen. De resultaten leiden tot nieuwe oplossingen om water te besparen, te zuiveren en te hergebruiken. De oplossingen worden zorgvuldig geselecteerd aan de hand van achtergrondonderzoek en case-specifieke behoeften. Iedere casestudy ontwikkelt concrete verbeteringen die in allerlei relevante procesomgevingen in Europa toepasbaar zijn.
  2. CIRCULAIRE INNOVATIE: Gesloten circuits worden ingericht om water te hergebruiken op verschillende niveaus: per proces, per fabriek, tussen fabrieken (industriële watersymbiose) en tussen verschillende sectoren. Daarbij wordt ook rekening gehouden met verschillende waterbronnen. Deze demonstratie-installaties worden ontworpen, bewaakt en geëvalueerd aan de hand van holistische modelleringsconcepten, zoals een beoordeling van de levenscyclus en de kosten gedurende de totale levenscyclus.
  3. DIGITALE INNOVATIE: Een nieuw cyber-fysiek systeem gericht op water (Cyber-Physical-System, CPS), het ‘WaterCPS’, brengt de digitale tegenhangers van industriële en waardeketens met elkaar in verband. Dit moet zorgen voor een geavanceerd bewustzijn over het belang van zuinig watergebruik en optimale waterefficiëntie op verschillende industriële niveaus. WaterCPS is gebaseerd op data analytics-/AI-/machine learning-methodologieën. Het doel is om structureel zowel het verbruik van zoetwater als de uitstoot zoveel mogelijk terug te dringen. Het WaterCPS biedt cognitieve productiemethoden en –instrumenten om productieprocessen doorlopend te kunnen aanpassen, eenmaal duidelijk is wat de oorzaken zijn van inefficiënt watergebruik (root cause analysis). Het WaterCPS verbindt de fysieke en digitale omgevingen via netwerken van slimme sensoren, het Internet of Things (IoT) en cloud/edge-technologieën waarmee actuele gegevens worden verzameld en verspreid.

De innovaties van AquaSPICE komen voort uit de eisen die worden gesteld in 6 casestudies, waarbij 8 industriële partijen (Dow, BASF, Water-Link, Solvay, ARETUSA, Agricola, JEMS en TUPRAS) in 6 EU-landen (Duitsland, Nederland, België, Italië, Slovenië en Roemenië) en 1 geassocieerd land (Turkije) betrokken zijn.

Projectdoelen

AquaSPICE moet zorgen voor circulair watergebruik in de Europese procesindustrieën, het bewustzijn over een doelmatig gebruik van natuurlijke hulpbronnen bevorderen, en compacte oplossingen voor industriële toepassingen aandragen. Deze uitdagende doelstelling vraagt om:

  1.  allerlei toonaangevende technologieën voor waterzuivering en -hergebruik,
  2. uiteenlopende gesloten cycli voor water, energie en grondstoffen,
  3. toezicht op zowel de fysieke als de cyberomgeving door op verschillende onderling verbonden niveaus het (her)gebruik van water actueel (real time) bij te houden (monitoring), beoordelen en optimaliseren,
  4. een doeltreffend methodologisch, regelgevend en zakelijk kader.

AquaSPICE pakt deze uitdagingen niet alleen op maar toont ook de effectiviteit aan van de oplossingen.

Belangrijkste resultaatgebieden

Al met al is het doel van AquaSPICE om methodologieën, technologieën en instrumenten te ontwikkelen en te valideren voor een efficiënt water beheer en optimaal water gebruik. Deze stellen de Europese procesindustrie in staat haar ‘voetafdruk’ op het gebied van water nagenoeg te elimineren – dat wil zeggen, zo min mogelijk zoetwater te verbruiken en te lozen. De belangrijkste resultaatgebieden van AquaSPICE zijn als volgt:

  1. Oplevering van een methodologisch en technisch kader voor praktische toepassingen in de procesindustrie om efficiënter om te gaan met water.
  2. Ter beschikking stellen van (naar behoefte afroepbare) methodologieën en instrumenten (methodologies and tools as-a-service) voor het beoordelen en optimaliseren van zowel bestaande als nieuwe manieren om water terug te winnen en te hergebruiken.
  3. Ter beschikking stellen van (naar behoefte afroepbare) methodologieën en instrumenten (methodologies and tools as-a-service) om in industriële processen gebruikt water terug te winnen/ te zuiveren.
  4. Oplevering van een platform waarmee doorlopend betrouwbare, cyberveilige en homogeen gemaakte dynamische gegevens worden verzameld die continu uitgebreid inzicht bieden in water gerelateerde processen, stromen en gebeurtenissen.
  5. Oplevering van een virtuele weergave (digitale tegenhanger) van de processen voor het terugwinnen en hergebruiken van water en de samenhang daarvan met het productiesysteem, de waardeketen(s) en de externe verbindingen, waarbij AI-technieken zorgen voor procesbewustzijn.
  6. Oplevering van een intelligent water- en situatiebewust cyber-fysiek systeem (CPS) voor water.
  7. Organiseren en faciliteren van het overnemen, kopiëren en opschalen van de technologische oplossingen ontwikkeld in project AquaSPICE.

Er worden 6 casestudies uitgevoerd, waarbij 8 industriële partijen (Dow, BASF, Water-Link, Solvay, ARETUSA, Agricola, JEMS en TUPRAS) in 6 EU-landen (Duitsland, Nederland, België, Italië, Slovenië en Roemenië) en 1 geassocieerd land (Turkije) betrokken zijn

flag yellow low

Het project ontvangt financiering vanuit het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie (grant agreement No. 958396)