“Ik kom uit Friesland, mijn vader werkt als veevoerhandelaar en veel van mijn vrienden en kennissen zijn boeren. Daarom ken ik de uitdagingen waar zij mee te maken hebben heel goed”, vertelt Marrit van der Wal. Toen ze de projectomschrijving las, hoefde ze dan ook geen moment te twijfelen. “Ik ben er zelfs voor naar het zuiden verhuisd.” Vanaf het begin was haar doel helder: ze wil met haar promotieonderzoek écht bijdragen aan oplossingen voor de actuele problemen in de agrarische sector.

Het mestprobleem

Het is volgens haar geen makkelijke tijd voor boeren: “Ze staan voor meerdere grote uitdagingen, en mest is daar een van.”

Mest bevat belangrijke voedingsstoffen zoals stikstof (N), fosfaat (P) en kalium (K). Deze stoffen zijn essentieel voor planten en stimuleren hun groei. Toch kan een teveel aan mest schadelijk zijn voor het milieu. “Wanneer er meer mest op het land wordt gebracht dan de gewassen kunnen opnemen, spoelen stikstof en fosfaat uit naar het grond- en oppervlaktewater”, legt Van der Wal uit. Dit veroorzaakt algengroei in sloten en meren, waardoor vissen en ander waterleven verstikt raken. Daarnaast stoot onbehandelde mest ammoniak uit, wat ook bijdraagt aan milieuvervuiling.

Om deze milieueffecten te verminderen, moeten boeren zich houden aan een strenge wetgeving die bepaalt hoeveel stikstof en fosfaat uit dierlijke mest ze op hun land mogen gebruiken. In Nederland – waar relatief veel vee wordt gehouden op weinig landbouwgrond – ontstaat daardoor al snel een overschot aan mest dat de boeren niet mogen gebruiken. De overtollige mest moeten ze dan exporteren of verwerken, wat vaak extra kosten met zich meebrengt.

Een lastige paradox

Omdat boeren niet al hun mest mogen gebruiken, krijgen hun gewassen niet genoeg stikstof of kalium, waardoor ze die tekorten weer moeten aanvullen met kunstmest. Die kunstmest wordt meestal via het zogeheten energie-intensieve Haber-Boschproces geproduceerd dat veel CO₂-uitstoot veroorzaakt, en op die manier bijdraagt aan extra milieubelasting.

Zo ontstaat een paradox: mest vol waardevolle stoffen moet worden afgevoerd of verwerkt, wat energie en geld kost, terwijl er tegelijkertijd vervuilende kunstmest wordt ingekocht om dezelfde voedingsstoffen weer toe te voegen. “Dat is natuurlijk best cru, en vooral heel erg zonde”, zegt Van der Wal.

“Het hele bemestingsproces wordt hierdoor heel ingewikkeld”, vervolgt ze. Het hangt van het type grond, het weer, de gewassen, het omliggende water en nog veel meer factoren af hoeveel mest boeren moeten gebruiken, en met hoeveel kunstmest ze het mogen aanvullen. “Het is echt lastig om alles goed op elkaar af te stemmen. Je zou er bijna een doctoraat voor moeten hebben om het helemaal te begrijpen en netjes passend te krijgen”, stelt ze.

Van verspillen naar circuleren

Om die vicieuze cirkel te doorbreken, kijken onderzoekers naar manieren om mest efficiënter te benutten. “Wat als we de mest zo kunnen verwerken dat we daar de stikstof uit kunnen halen?” Dit bewerkte product wordt officieel niet meer als mest beschouwd, maar als zogenoemde RENURE (REcovered Nitrogen from manURE). Dit valt onder Europese regelgeving die in ontwikkeling is en bepaalt hoeveel stikstof uit kunstmest ermee mag worden vervangen. “Je kunt kunstmest nog niet volledig vervangen, maar het gebruik van RENURE is wel een belangrijke stap richting een meer circulaire en milieuvriendelijke landbouw.”

Van der Wal richt zich in haar onderzoek specifiek op het scheiden van stikstof en kalium uit mest, zodat deze stoffen in geconcentreerde vorm beschikbaar komen en preciezer op het land kunnen worden toegepast. Hiervoor maakt ze gebruik van membraantechnologie: een scheidingsmethode waarbij een membraan als filter werkt, dat bepaalde stoffen wel doorlaat en andere juist niet. Er bestaan verschillende vormen van deze technologie, en Van der Wal richtte zich op het verbeteren van bestaande methoden.

De boer op

Om goed te begrijpen hoe het mestbewerkingsproces precies in zijn werk gaat en een oplossing te ontwikkelen waar boeren echt iets aan hebben, was Van der Wal niet alleen in het lab te vinden – ze was ook vaak letterlijk ‘de boer op’.

Zo bezocht ze regelmatig mestverwerkingsbedrijf Duurzaam Landleven Bernheze. Niet alleen om echte mestmonsters op te halen – “Je kunt van alles namaken in het lab, maar het beste is om met het echte materiaal te werken” – maar ook om in gesprek te gaan over waar de knelpunten zitten en hoe technologie kan helpen om die op te lossen.

De juiste dosering

Haar belangrijkste bijdrage is het ontwikkelen van een methode om stikstof en kalium als aparte fracties uit mest te scheiden. Zo kunnen boeren deze nutriënten los van elkaar en in de juiste dosering toepassen. “Bij een product met een vaste stikstof-kaliumverhouding kun je daar niet mee variëren”, legt ze uit. Met drie aparte fracties – rijk aan respectievelijk stikstof, fosfaat en kalium – kunnen boeren flexibeler en gerichter werken. “Dan kunnen ze spelen met de ratio’s en precies gebruiken wat ze nodig hebben – afhankelijk van de tijd van het jaar, het type grond of het gewas.”

Het implementeren van deze nieuwe techniek is een belangrijke volgende stap, maar wat dat betreft is Van der Wal optimistisch. “Ik zie bij de boeren over het algemeen veel goede wil om hun processen aan te passen en te verbeteren.” En in dit geval zijn de voordelen overtuigend: de bewerking van mest tot herbruikbare producten kan hun werkwijze efficiënter maken, en hen tegelijkertijd helpen om aan milieuregels te voldoen. Zo kunnen boeren hun vak op een duurzame en toekomstgerichte manier blijven uitoefenen. “Om dat mogelijk te maken, moeten we toe naar systemen waarin nutriënten niet verloren gaan, maar circuleren binnen het landbouwbedrijf”, besluit Van der Wal.

Donderdag verdedigt ze haar proefschrift bij de faculteit Chemical Engineering.