Nooit meer zo’n verstikkende smogdeken over de stad. Dat beloven nieuwe apparaten die de lucht reinigen met behulp van positieve ionisatie. Maar kunnen ze hun belofte waarmaken?

Het is een wereldwijd probleem: luchtvervuiling. De meest vervuilende stoffen in de lucht zijn fijnstof, stikstofdioxide en roet. Voor het elimineren van fijnstof bestaat nu een techniek: ionisatie. ENS (Environmental Nano Solutions) heeft het patent. Hun techniek is onder andere gebruikt in de door Studio Roosegaarde ontworpen ‘Smog-Free Tower’ in Rotterdam, waar Scientias.nl al eerder over schreef. Hoe werkt deze techniek en kunnen wij in de toekomst alle steden in de wereld vrij maken van vervuilde lucht?

Wat is fijnstof?
Fijnstof bestaat uit vele verschillende vaste stoffen die in de lucht zweven; een fijnstofdeeltje kan relatief groot zijn maar ook zeer klein. Vooral dat laatstgenoemde deeltje is erg gevaarlijk; grote deeltjes worden namelijk tegengehouden voordat zij in je longen terecht komen, kleinere deeltjes niet. De kleine fijnstofdeeltjes kunnen ontstekingen veroorzaken in je lichaam. Volgens World Health Organization (WHO) stierven in 2012 zeven miljoen mensen een vroege dood als gevolg van luchtvervuiling. Inmiddels heeft de Europese Unie een grenswaarde ingesteld; het daggemiddelde van de fijnstofconcentratie in de lucht mag niet meer dan 35 dagen per jaar hoger zijn dan 50 microgram per kubieke meter en het daggemiddelde over het hele jaar mag niet hoger zijn dan 40 microgram per kubieke meter. Volgens het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu wordt deze grenswaarde bijna niet overschreden in Nederland. Enkel in verstedelijkte gebieden en in gebieden met veel agrarische activiteiten in het midden en zuiden van ons land wordt plaatselijk de grenswaarde overschreden. “Het is onder wetenschappers echter algemeen geaccepteerd dat deze grenswaarden, gesteld door de Europese Unie, geen veiligheid bieden. Hoewel geen regelgeving, geeft WHO advieswaarden voor zowel PM10 als PM2.5 die ongeveer de helft lager liggen. Met name deze laatste soort fijnstof, die bestaat uit de meest kleine fijnstofdeeltjes, is de oorzaak van allerlei aandoeningen aan met name het hart en de longen” vertelt Gijsbers.

De uitvinding
De oorsprong van de ionisatie-technologie ligt bij de Technische Universiteit Delft (TU Delft); binnen de onderzoeksgroep van Jan Marijnissen en in samenwerking met Bob Ursem (Wetenschappelijk Directeur Botanische Tuin). Roel Gijsbers, Technisch Project Manager bij ENS, vertelt aan Scientias: “Aanvankelijk waren wij op zoek naar een wijze om de verspreiding van zoönosen tegen te gaan, met in het bijzonder de MRSA-bacterie. Zoönosen, waaronder virussen, bacteriën, schimmels en endotoxinen, kunnen zich namelijk niet zelf verplaatsen en hebben hiervoor een drager nodig, namelijk zwevende deeltjes, zoals fijnstof. Met positieve ionisatie is het mogelijk om deze deeltjes bij het passeren van een krachtig elektrisch veld een positieve elektrische lading te geven en vervolgens naar een geaard oppervlak te sturen.” ENS is hierin actief sinds 2008 en specialiseerde zich in het praktisch toepasbaar maken van ionisatie. Het ontwikkelde IP (Intellectual Property), ofwel intellectueel eigendom, is daarbij omgezet in een aantal wereldwijde patenten. Een aantal voorwaarden waren van belang bij het ontwerpen van systemen: ze moesten energiezuinig zijn, gemakkelijk te onderhouden zijn en er moesten grote hoeveelheden lucht gereinigd kunnen worden. “De verfijning van de technologie heeft vanwege deze hoge doelstellingen een aantal jaren gekost en is in-house in het lab bij ENS gedaan. Door de jaren heen zijn hierbij een aantal pilotprojecten uitgevoerd, bijvoorbeeld in de intensieve veehouderij. Met deze projecten is veel kennis en ervaring opgedaan met de toepassingsmogelijkheden van de techniek. Dit heeft eveneens een aantal patenten opgeleverd.” Volgens Gijsbers is het belangrijkste voordeel van de techniek van gezondheidskundige aard, namelijk het feit dat deze fijne deeltjes laat samenklonteren tot grove deeltjes. “Gemiddeld genomen is het reinigingsrendement van de technologie ruim 80 procent. Door de configuratie te tunen is het zelfs mogelijk om een rendement tot 99 procent te behalen.”

Hoe werkt de techniek?
De techniek van ENS werkt dus met ionisatie. “Door het aanleggen van een hele hoge (positieve) spanning op de ionisatie-elektrode wordt de lucht in de directe nabijheid van deze elektrode als het ware ontleed in haar bouwstenen,” vertelt Gijsbers. “In dit zogeheten plasma treedt een proces op dat ionisatie heet: een elektron wordt onttrokken aan deeltjes die hierdoor een positieve lading krijgen. Positief geladen deeltjes worden aangetrokken door oppervlakken die neutraal (of tegengesteld geladen) zijn. Vanaf de elektrode bewegen deze positief geladen deeltjes naar de neutrale collectie-plaat, waar ze samenklonteren tot grof stof. Dit grove stof is niet gevaarlijk en kan op gezette tijden worden verwijderd.” Dit gebeurt volgens Gijsbers via reguliere vaste afvalkanalen. “Omdat grof stof niet opnieuw gaat zweven is er geen gevaar tot inademing. In sommige gevallen, bijvoorbeeld bij een productiefaciliteit, zou het stof terug de productieketen in kunnen als grondstof. Het is voor te stellen dat er voor bepaalde stoffen een functie gevonden kan worden. Ons primaire doel is het afvangen van het stof maar in sommige gevallen kan er een goede of mooie toepassing voor gevonden worden, bijvoorbeeld in de smog-sieraden die Daan Roosegaarde heeft ontworpen.”

Hoe werkt positieve ionisatietechniek?

Hoe werkt positieve ionisatietechniek? Klik voor een vergroting. Afbeelding is eigendom van ENS.

De systemen van ENS
ENS heeft momenteel drie standaard systemen op de markt. De eerste is de ‘Merlin’: een systeem van bescheiden omvang dat de lucht reinigt. Het kan geplaatst worden in binnenruimtes en heeft een capaciteit van 120 kubieke meter per uur. “Bij continue reiniging is het mogelijk om hiermee tot 99 procent van de in de ruimte aanwezige deeltjes zoals fijnstof, pollen en andere allergenen uit de lucht te verwijderen. Met name voor mensen met luchtwegklachten en -infecties is dit een uitkomst.” Het systeem is bedoeld voor gebruik in huis- en hotelkamers, restaurants, gaarkeukens en openbare gebouwen. Het tweede systeem is de ‘Aufero’ met een capaciteit tot 10.000 kubieke meter per uur; bedoeld voor grotere ruimtes zoals theaters, winkelcentra, stallen, parkeergarages en stations. Tevens kan de Aufero volgens Gijsbers toegepast worden als onderdeel van een ventilatiesysteem of een recirculatie-unit. Het derde en grootste systeem wordt de ‘Titan’ genoemd. “Dit is een industrieel emissiereductiesysteem dat geplaatst kan worden in de luchtafvoersystemen van grote industrieën en voor het afvangen van stof dat ontstaat bij bijvoorbeeld de productie van veevoeder. Het heeft een standaardcapaciteit van tussen de 20.000 en 30.000 kubieke meter per uur, maar kan modulair worden uitgebreid.” Naast deze drie systemen wordt ook gekeken naar op maat gemaakte oplossingen voor het afvangen van deeltjes, zo wordt de technologie bijvoorbeeld toegepast in straatveegmachines.

Microscopische foto's van fijnstof. Klik voor een vergroting. Afbeelding eigendom van ENS.

Microscopische foto’s van fijnstof. Klik voor een vergroting. Afbeelding is eigendom van ENS.

Een schone stad
Kan de technologie van ENS uiteindelijk een hele stad schoon maken van fijnstof? Daar zullen volgens Gijsbers op meerdere plaatsen actieve maatregelen voor nodig zijn op strategische plekken. “Het effect van één systeem zal verwaarloosbaar zijn voor een heel groot gebied maar zal op een klein oppervlak wel degelijk een continu schoon gebied creëren.” Momenteel wordt in de binnenstad van Eindhoven een studie uitgevoerd om te onderzoeken wat de effecten zouden zijn indien in de binnenstad maatregelen genomen worden, bijvoorbeeld door inpassing van systemen in de openbare ruimte (bv. parkeergarages, bushaltes, smog free towers). Door actieve reiniging zullen bijvoorbeeld parkeergarages gaan fungeren als ‘Longen van de Stad’, tevens de titel van dit project. De resultaten hiervan worden verwacht in het voorjaar en zouden een totaal nieuw licht kunnen werpen op de wijze waarop luchtvervuiling in een stedelijke omgeving bestreden kan worden. “Door middel van dit onderzoek kunnen de investeringen worden afgestemd op de benodigde mate van luchtreiniging en alleen daar toegepast worden waar dit zinvol is, bijvoorbeeld op plekken waar veel mensen samenkomen of waar de luchtvervuiling kan ophopen. Ook hierbij geldt dat het reinigen op landelijk niveau waarschijnlijk ruimschoots opweegt tegen de kosten die ziekten en aandoeningen als gevolg van overmatige blootstelling aan luchtverontreiniging met zich meebrengen.” Een ander indirect economisch gewin is volgens Gijsbers dat steden waar schone lucht beschikbaar is meer mensen trekken.

De Titan. Klik voor een vergroting. Afbeelding eigendom van ENS.

De Titan. Klik voor een vergroting. Afbeelding is eigendom van ENS.

Economisch rendabel?
Volgens Gijsbers is fijnstof geen milieuprobleem maar een volksgezondheidsprobleem. In het laatste geval is de techniek wel degelijk rendabel. “De gevolgen van luchtvervuiling op de gezondheid worden steeds meer duidelijk. Op de werkvloer bijvoorbeeld, waarbij beroepsziekten in verband worden gebracht met de luchtkwaliteit binnen de werkomgeving. Ook mensen die in gebieden wonen met veel vervuiling ervaren op termijn hinder hiervan. Uiteindelijk komen deze mensen onder medische behandeling te staan; dit brengt een hoop kosten met zich mee die vervolgens door de samenleving gedragen moeten worden. Op macroniveau denk ik daarom zeker dat het afvangen van vervuilende deeltjes economisch rendabel is. Het zou namelijk de overheid en zorgverzekeringen veel kosten besparen.” Het gewin is echter niet alleen economisch te vertalen. Bedenk maar eens hoeveel mensen dagelijks last hebben van luchtwegaandoeningen of allergische klachten. Door de allergenen zoals pollen uit de binnenlucht te halen is het mogelijk om voor die grote groep mensen de kwaliteit van leven danig te verbeteren. ENS erkent dat de investering voor een luchtzuiveringssysteem een barrière kan zijn. Gijsbers is er echter van overtuigd dat op de lange termijn de voordelen zich zullen terugbetalen; “zij het op het gebied van energiekosten, onderhoudskosten, ziektekosten of nog extremer: mensenlevens.”

Met de grof stof die overblijft na ionisatie kan men sieraden maken. Deze ring is gemaakt door Studio Roosegaarde. Klik voor een vergroting. Afbeelding eigendom van Studio Roosegaarde.

Met de grof stof die overblijft na ionisatie kan men sieraden maken. Deze ring is gemaakt door Studio Roosegaarde. Klik voor een vergroting. Afbeelding eigendom is van Studio Roosegaarde.

Duurzaam?
Een product zelf kan wel duurzaam zijn maar is de uiteindelijke levensduur, van productie tot afbraak, ook milieuvriendelijk? “Allereerst zijn de producten na de levensduur eenvoudig uit elkaar te halen voor hergebruik of recycling. Daarnaast zijn voor de reiniging ervan geen chemische of anderszins schadelijke stoffen nodig.” De ENS technologie heeft tevens een laag energieverbruik; “Het ioniseren zelf kost nauwelijks energie en door het minimale drukverlies in de systemen volstaat een zeer energiezuinige ventilator” vertelt Gijsbers. “Daarnaast kent ons systeem een constant rendement, waardoor het energieverbruik als gevolg van de benodigde luchtverplaatsing minimaal is en op termijn niet hoger wordt, in tegenstelling tot conventionele filtertechnieken.”

Gezichtsmaskers consumenten werken niet
In China worden al een tijdje gezichtsmaskers en machines verkocht aan consumenten die schone lucht willen. Volgens Gijsbers werken deze persoonlijke beschermmiddelen helemaal niet tegen inademing van fijnstof. “Deze producten houden de kleine deeltjes niet tegen; werkende apparaten bestaan wel maar zijn vrij kostbaar en worden met name door professionals gebruikt. Er zijn luchtreinigers in de handel die voor schone lucht binnenshuis gebruikt kunnen worden; deze gebruiken echter veel energie en hebben filters die vaak vervangen moeten worden. De deeltjes worden met zo’n apparaat wel degelijk opgevangen maar vaak is een filterpakket nodig van meerdere verschillende filters. Onze technologie werkt zonder filters, is een stuk goedkoper en de ecologische footprint is een stuk kleiner.”

Is ionisatie slecht voor de gezondheid?
Online is veel informatie te vinden over negatieve gezondsheidseffecten bij luchtreiniging op basis van ionisatie.
Apparaten die al op de markt verkrijgbaar zijn, worden vaak geassocieerd met hoofdpijn. Dit komt doordat veel apparaten gebruik maken van negatieve ionisatie. Hierbij wordt een relatief grote hoeveelheid ozon gevormd die hoofdpijn, prikkeling van de slijmvliezen, irritatie van de ogen, duizeligheid en misselijkheid kan veroorzaken. “ENS werkt met positieve ionisatie waarbij nauwelijks ozon wordt gevormd en hierdoor zijn de bovenstaande bijwerkingen niet aanwezig.” Voor zover bekend is er geen negatief effect op de gezondheid door de positieve ionisatie. Volgens Gijsbers doen er helaas veel spookverhalen op het internet de ronde. “Een van de eerste onderzoekers van de biologische effecten van ionisatie (Clarence Weston Hansell) meende in de jaren dertig veranderingen in de gemoedstoestand te merken bij zijn medewerkers. Degenen die werkten met negatieve ionisatie leken vrolijker te worden, terwijl er een negatief effect leek op te treden bij diegenen die werkten met positieve ionisatie. Dit verhaal is online zijn eigen leven gaan leiden terwijl er nooit overtuigend wetenschappelijk bewijs is gevonden voor deze, of voor andere gezondheidseffecten van ionisatie.”

De Urban Oasis op de Grune Woche. Klik voor een vergroting. Afbeelding eigendom van ENS.

De Urban Oasis op de Grüne Woche. Klik voor een vergroting. Afbeelding is eigendom van ENS.

ENS wil in de toekomst niet alleen fijnstof elimineren maar ook uitlaatgassen en organische verbindingen die vrijkomen bij de verbranding van benzine en diesel in het verkeer. In het komende jaar worden meerdere projecten gelanceerd. Eén daarvan is de ‘Urban Oasis’; in samenwerking met NL Greenlabel en het Ministerie van Economische Zaken. Onlangs al gelanceerd in Berlijn: op de Grüne Woche werd een Aufero verwerkt die de lucht in de directe omgeving zuivert. De Urban Oasis is een ontwerp dat over de gehele wereld toegepast kan worden en wellicht ook op toernee gaat. Daarnaast bereidt ENS een test voor voor luchtreinigen nabij de snelweg in een drukbevolkt gebied en ook zijn er onlangs weer stappen gezet om een nieuwe test te doen in de veehouderij. Gijsbers wil echter benadrukken dat ondanks de vorderingen in de luchtbehandelingstechniek, het nog altijd beter is om vervuilende emissie te voorkomen dan het te elimineren. “Wij zijn druk doende om onze technologie en haar toepassingen verder te optimaliseren en uit te breiden met innovatieve technologieën die het mogelijk maken om in de toekomst ook schadelijke gassen en ozon te elimineren. Het probleem ‘luchtvervuiling’ kan volgens ons echter niet worden opgelost zolang we met zijn allen doorgaan met allerlei vervuilende activiteiten.”