Waarom regent het in de woestijn?

Op bestelling een regenbui maken in de woestijn. Dat zou mooi zijn, toch? Goed nieuws: het kan. Vanaf 1 oktober 2021 regent het dagelijks in Dubai. Niet in heel Dubai, maar in het Nederlandse paviljoen op de Wereldtentoonstelling. Met voldoende zekerheid is berekend dat we per dag circa 800 liter water gaan oogsten uit de woestijnlucht. Maar waarom doen we dat?

Het begint met water

Het gevoel van onbehagen over de schrijnende leefomstandigheden van te veel mensen op onze planeet – en hun vaak door honger, droogte en gebrek aan perspectief gedwongen vlucht naar een beter leven – deed ons afvragen: hoe laten we het in deze tijd van bijna grenzeloze technologische mogelijkheden regenen in de woestijn?

Wereldwijd wonen namelijk meer dan 1 miljard mensen in woestijnomstandigheden: verzengende hitte, uitdrogende wind en met regelmaat stoffige zandstormen. Het tekort aan water en daarmee ook voedsel, wordt in deze gebieden hard gevoeld. Tel daarbij op dat de verwoestijning toeneemt en daarmee de druk steeds hoger wordt op de overige gebieden om benodigde grondstoffen te leveren.

Het maakt de uitdaging urgent om van de woestijn een leverend systeem maken, om deze gebieden te vergroenen en de druk op de rest van de wereld om te leveren te verkleinen. Zelfvoorzienendheid als einddoel. Wat daarvoor nodig is, is water. Want daarmee komt vegetatie en kan de woestijn veranderen in een vruchtbare habitat.

De Nexus

Tijd om de Nexus te introduceren. Dit is de onlosmakelijke verbinding tussen water, energie en voedsel die voor leven zorgt. De Nexus kan niet bestaan zonder een passend ecosysteem, waarbij de verschillende elementen in onderlinge samenhang zorgen voor een circulaire leefomgeving. Met water als bron van alle leven. Maar hoe maak je dit in de woestijn?

We richten de blik op de Golfregio waar nu in feite water naar de woestijn wordt gedragen. Dit water wordt, veelal met gebruik van chemicaliën of energie slurpende systemen, gemaakt van zout zeewater. Deze methode werkt, maar heeft een nadelig bijeffect: voor de kust, waar het zeewater van samenstelling veranderd, ontstaat een dode zone, waar geen enkel leven meer mogelijk is. Het eindeloos opschalen van deze ontzilting is dan ook geen duurzame oplossing. Niet doen dus, verder zoeken is het devies.

Een simpel principe

Zoals vaker met actuele vraagstukken, zijn er meer mensen bezig met het probleem van water in de woestijn. Een van hen is Ap Verheggen, een Haagse kunstenaar die een techniek heeft ontwikkeld om op heel efficiënte wijze water te oogsten uit lucht. En omdat iedere kubieke meter lucht op aarde waterdamp bevat, is de kans reëel dat we met zijn uitvinding ook in de woestijn water kunnen maken.

De techniek van Verheggen is gebaseerd op een simpel principe, maar de uitwerking is best lastig. Om het te laten regenen dient aan drie voorwaarden voldaan te worden. Eén: er moet sprake zijn van een gesloten systeem zodat de geoogste hoeveelheid water niet meteen verdampt. Twee: er moet energie beschikbaar zijn om een faseverandering te laten optreden. En drie: er moet een beperkte hoeveelheid water beschikbaar zijn om de cyclus op te starten.

Laat het regenen!

Hoopvol en ambitieus gaan we aan de slag. Om het in het Nederlandse paviljoen op de Wereldtentoonstelling in Dubai te laten regenen, hebben we allereerst tien liter water nodig als starthoeveelheid die we gaan vermenigvuldigen tot een substantiële watervoorraad. De energie die daarvoor nodig is, oogsten we onbeperkt uit de zon door middel van zonnepanelen en collectoren.

Met deze energie en een warmtewisselaar koelen we het startwater tot 4 graden Celsius en dit gekoelde water wordt als een douche met een sproeikop door een verticale cilinder gespoten waarbij het koude water de binnenzijde van de cilinder afkoelt. Hierdoor wordt een drukverschil gecreëerd met als effect een aanzuigende werking die ervoor zorgt dat aan de bovenzijde van de cilinder warme buitenlucht wordt aangezogen. Deze damp houdende woestijnlucht condenseert tegen de koude binnenwand van de cilinder en er ontstaan waterdruppels.

Het fascinerende resultaat: op deze manier stroomt er tienmaal zo veel water uit de onderzijde van de cilinder dan dat er aan de bovenzijde in wordt gesproeid. Dit condensatieproces vindt dus plaats in een gesloten omgeving om geen energie verloren te laten gaan en er geen gewonnen water verdampt ten gevolge van externe omstandigheden.

Hoe maak je een ecosysteem?

Nu we in staat zijn om water te maken in een omgeving waar we volop kunnen profiteren van zonne-energie hoeven we, om de Nexus compleet te maken, alleen nog maar voedsel te kweken. Maar hoe doen we dit op een manier die geen belasting voor onze planeet vormt en in harmonie is met de omgeving? De oplossing ligt in kringlooplandbouw in een circulaire omgeving. En daarvoor hebben we een ecosysteem nodig.

Een ecosysteem is een dynamisch evenwicht. Het stimuleert en faciliteert de wisselwerking tussen organismen en bewaakt de condities binnen een afgebakende omgeving. Circulariteit is hierbij een belangrijk gegeven; het (rest)afval van het ene is voedsel voor het andere. Het is evenwel niet per definitie een gesloten systeem; er is een relatie met de context, waardoor er bijvoorbeeld een influx van energie is. Om zelf een ecosysteem te maken, moeten we goed naar de natuur kijken en leren van natuurlijke fenomenen. Om dan bijvoorbeeld te beseffen wat het belang van CO2 is.

De paddenstoel, het meest verrassende stukje organisme

Planten gebruiken namelijk CO2 als grondstof en zetten dit door middel van fotosynthese om in zuurstof en groei. We hebben dus CO2 nodig. En dan niet de vieze CO2 die we te veel uitstoten door ons gulzig gebruik van fossiele grondstoffen. Maar wel CO2 die natuurlijk onderdeel is van het leefsysteem op aarde. En die tot de industriële revolutie onze planeet tot een perfect ecosysteem maakte dat volledig in balans was. Maar: hoe komen we aan die CO2?

De oplossing komt uit een verrassende hoek. Het is een organisme; geen plant, geen dier, maar een schimmel. Een schimmel die we kennen als de paddenstoel, een organisme dat relatief veel goede CO2 produceert.

Op een droge en zonovergoten zandvlakte verwacht je natuurlijk geen schimmels, laat staan paddenstoelen. Die vind je in een koele, donkere en vochtige omgevingen zoals bossen of grotten en kelders. Dus moeten we dat soort omstandigheden gaan creëren; een koele donkere en vochtige ruimte in de woestijn, als een anomalie. Water hebben we al en als bijeffect van het condensatieproces ook koude lucht. Als we dan de regenbui niet in het droge woestijnzand laten neerkomen, maar in een gesloten donkere omgeving, wordt het vanzelf vochtig en koel. En ontstaan de perfecte groeiomstandigheden voor paddenstoelen. In dit geval oesterzwammen, een paddenstoelensoort met een laag vochtgehalte.

En die oesterzwammen hebben er zin in, binnen de kortste tijd oogsten we 50 kg oesterzwammen per dag. Dit is eten. Gezond voedsel, rijk aan mineralen, eiwitten en vitaminen. Smakelijk ook, je kan er naar goed Nederlands gebruik zelfs bitterballen mee maken. En: als bijproduct produceren deze oesterzwammen ook nog eens goede CO2.

Het ecosysteem maken we compleet door een kweekomgeving voor planten als een schil om deze donkere ruimte te plaatsen. In feite creëren we daarmee een soort kas van glas en staal waarin de CO2 samen met het zonlicht wordt opgevangen. De planten in deze kas zetten de CO2 door middel van fotosynthese om in voedsel en zuurstof. En met de dagelijkse opbrengst van 800 liter water irrigeren we het hele systeem. Dus de enige energie die erin gaat komt van de zon. Volstrekt logisch in de woestijn.

Het resultaat

Wat we hebben beoogd, wordt nu gerealiseerd: bijdragen aan biodiversiteit en het laten groeien van natuur in de woestijn. Wat ons betreft is dit pas het begin van een veel grotere transitie waarin we de circulaire gedachte kunnen doortrekken. Vegetatie geeft schaduw en koelt haar omgeving, waardoor water beter vastgehouden kan worden en er andere leefomstandigheden ontstaan. Dode planten worden gecomposteerd en leveren weer voedsel voor andere organismen. Als we de natuur de tijd geven en techniek slim inzetten kunnen we de natuur een zetje in de goede richting geven zodat in het postindustriële tijdperk natuur en menselijk vernuft hand in hand gaan. Dat zou de bijdrage van onze en volgende generaties aan deze planeet moeten zijn.

Auteur: Michiel Raaphorst