Kinderlezingen

Scheikunde
Gehuld in een witte labjas verwelkomt Steven Beijer van de Universiteit van Amsterdam de bezoekers in het NEMO theater. Door zijn outfit en de meetinstrumenten achter hem op tafel, is er weinig ruimte voor twijfel; Beijer is scheikundige. “Een scheikundige is iemand die de samenstelling van stoffen bestudeert”, begint hij als alle kinderen een plekje op de tribune gevonden hebben. “Alles om ons heen bestaat uit piepkleine bouwsteentjes die we atomen noemen. Samen vormen die bouwwerken: zogenaamde moleculen.”

Stoffen zijn opgebouwd uit allerlei verschillende moleculen. “Scheikunde is ook de kunst van het scheiden van stoffen. Daar gaat deze lezing over”, vertelt Beijer. “We gaan het hebben over plas en hoe we bepaalde, nuttige stoffen uit plas kunnen halen.” Dat klinkt misschien een beetje gek. Want wat is er nou bijzonder aan plas? Iedereen plast, meestal meerdere keren per dag. “En als we klaar zijn, wat doen we er dan mee? Precies, we spoelen het door de wc.” Maar dat dus is eigenlijk hartstikke zonde, vertelt de wetenschapper de zaal. Plas is namelijk heel waardevol. “Je zou bijna kunnen zeggen dat onze plas goud waard is.”

Plas maken
We beginnen bij het begin, en Beijer vraagt de kinderen waar plas, ook wel urine genoemd, eigenlijk vandaan komt. “Uit je blaas!” roept een van de kinderen. “Uit je nieren!”, roept een ander. “Plas wordt inderdaad gemaakt in je nieren”, vertelt Beijer. “Dat zijn organen, ongeveer zo groot als je vuist, die achterin je rug liggen.” Nieren zijn heel belangrijk. Ze filteren de afvalstoffen uit je bloed en lossen die op in water. Er zijn twee soorten afvalstoffen; stoffen die eigenlijk niet in je lichaam thuishoren zoals medicijnresten, en stoffen die wel van nature in je lichaam horen, maar waar je teveel van hebt, zoals ureum en fosfaat.”

Het water met daarin de opgeloste afvalstoffen, dat is je plas, legt Beijer uit. “Vanuit de nieren stroomt de urine naar de blaas. Als je een volle blaas hebt, voel je dat je moet plassen.” Als je veel water hebt gedronken, is je plas lichtgeel. Heb je weinig gedronken, dan is het donkergeel. Je plas kán andere kleuren hebben, als je bijvoorbeeld ziek bent en je nieren of je blaas bijvoorbeeld niet goed werken.

“We gaan nepplas maken”, kondigt Beijer aan, en vraagt één van de kinderen naar voren te komen. Ook die krijgt een labjas, handschoenen en een veiligheidsbril. “Het proefje is niet gevaarlijk”, stelt de wetenschapper de kinderen (en hun ouders) gerust. “Maar het is altijd goed om voorzichtig te zijn.” In water lost Beijer een poeder op. “Dit is monoammoniumfosfaat”, vertelt hij. “Dat lijkt op de stoffen die in onze plas zitten.” Door een gele kleurstof toe te voegen, lijkt de inhoud van de grote glazen maatbeker net op echte urine.

Urease
“In je plas worden ureum en water omgezet in ammoniak en koolstofdioxide”, vertelt Beijer die de grote molecuulmodellen op de grond één voor één aanwijst. “Het complexe molecuul dat daarbij helpt, heet urease.” De kinderen mogen zelf de rol van urease vervullen en de scheikundige reactie uitvoeren. Elk tweetal krijgt een klein model van een ureummolecuul ((NH2)2CO) en water (H2O). Daar moeten ze samen twee ammoniakmoleculen (NH3) en koolstofdioxide (CO2) van maken. Binnen een paar minuten heeft het eerste duo de reactie uitgevoerd. “Wat snel!”, applaudisseert Beijer. “Maar nog niet zo snel als urease. Die kan dit 30.000 keer per seconde!”

Plas kán stinken. “Het is de ammoniak die je dan ruikt”, vertelt de scheikundige. Die stank moeten we maar voor lief nemen, want het is een van de stoffen die je urine zo waardevol maakt. “De andere is fosfaat. Dat zit ook in je botten en in je DNA, maar als je er teveel van hebt, plas je dat dus, net als ureum, uit.”

Gewassen groeien
Waarom zijn ammoniak en fosfaat zo waardevol? “Omdat we ze kunnen gebruiken in kunstmest om gewassen zoals aardappelen, mais, uien en tarwe te groeien. Die kunnen wij weer opeten en zelf van groeien!”, vertelt Beijer de zaal. Zulke kunstmest maken we al, maar nog niet uit de stoffen uit onze plas. “Het fosfaat die we nu in kunstmest stoppen, komt uit mijnen in bijvoorbeeld Marokko. De ammoniak maken we in fabrieken.” Beide processen zijn niet zo handig, vindt de wetenschapper. “Het fosfaat in mijnen raakt namelijk op en de productie van ammoniak in fabrieken is heel vervuilend. Het is verantwoordelijk voor maar liefst 2 procent van alle CO2-uitstoot op aarde. Het zou dus veel beter zijn het fosfaat en de ammoniak uit onze plas te gebruiken!”

Water zuiveren
Maar hoe kom je aan de stoffen uit je plas? “We kunnen de plas gebruiken die we door de wc spoelen”, zegt de wetenschapper. “Helaas is wat je doortrekt niet alleen urine. Dat is ook spoelwater, wc-papier en soms poep. Samen loopt dat als een vieze derrie via het riool naar waterzuiveringsinstallaties waar het schoongemaakt wordt zodat we het water weer kunnen gebruiken of veilig lozen.”

Weer mag één van de kinderen zich in een labjas steken en Beijer helpen. Er gaan een handvol kralen, die wc-papier en poep voorstellen, en een paar druppels rode kleurstof (opgeloste medicijnresten) bij wat van de eerder gemaakte nepplas. De kralen zeef je er makkelijk uit, zien de kinderen. Maar de medicijnresten lopen gewoon met de plas door het zeefje. “Als het rioolwater in waterzuiveringsinstallaties schoongemaakt wordt, worden er nadat wc-papier en poep afgevangen zijn, allerlei scheikundige reacties op de vloeistof losgelaten. Zo worden alle stoffen die niet in schoon drinkwater horen, zoals medicijnresten, maar ook fosfaat en ammoniak verwijderd”, legt Beijer uit. “Helaas belanden die ‘afvalstoffen’ allemaal op één hoop. Het fosfaat en de ammoniak kunnen we dus niet meer gebruiken.”

Pure plas
Wat handig zou zijn, is als we de plas direct bij de bron zouden kunnen opvangen. Er bestaan wc’s waarbij dat kan, laat Beijer op het scherm achter zich zien. Niemand uit het publiek heeft zo’n wc thuis. “Ik ook niet”, geeft Beijer toe. “Voor deze wc’s, waarbij je plas dus apart wordt opgevangen, zijn namelijk speciale leidingen nodig die speciaal moeten worden aangelegd. Dat is niet alleen best ingewikkeld, het kost ook een hoop geld.”

Maar er zijn andere plekken waar je pure urine vandaan kunt halen. Vanuit de tribune klinkt het; “van staande wc’s!” “Precies!”, zegt Beijer. “Die staan bijvoorbeeld veel op festivals, voor mensen die staand kunnen en willen plassen en niet in de rij willen staan voor de toiletten. Deze urine wordt vaak al in aparte tanks opgevangen.” Meestal wordt de inhoud van deze ‘plastanks’ na afloop door het riool gespoeld, maar Beijer en zijn collega’s gebruiken het graag in hun onderzoek.

Stoffen scheiden
“Dus”, gaat de wetenschapper verder, “we hebben pure plas verzameld. Er zijn verschillende manieren waar scheikundigen als ik daar nu ammoniak en fosfaat uit kunnen halen.” Beijer houdt een klein potje met een zwart poeder omhoog. “Dit is actieve kool”, zegt hij. “Sommige moleculen, zoals medicijnresten, blijven hier heel graag aan plakken. Andere moleculen, zoals ammoniak en fosfaat juist bijna niet.” Door alle groeven en tunneltjes tussen de koolmoleculen is het oppervlak van actieve kool heel groot. “Drie gram hiervan heeft het oppervlak van ongeveer één  voetbalveld”, vertelt Beijer. “Aan een klein beetje van dit poeder, blijven dus een he-le-boel medicijnresten plakken.”

Met twee kinderen uit het publiek vult de scheikundige één van de glazen instrumenten met een deel van de nepplas. Door het kraantje onderaan open of dicht te draaien, kan de vloeistof in het bekerglas stromen dat onder het instrument staat. “Als we nu de actieve kool toevoegen en het kraantje een klein beetje open zetten, druppelt de urine door het poeder het glas in. Alle medicijnresten blijven plakken aan de actieve kool, maar de fosfaat en de ammoniak stromen met het water het bekerglas in. We hebben de vervuiling van de nuttige stoffen gescheiden!”

De andere scheidingsmethode werkt precies andersom. “We kunnen in plaats van actieve kool ook magnesium toevoegen. Aan magnesium blijven niet de medicijnresten, maar juist het fosfaat en de ammoniak graag plakken. Samen vormen ze de vaste stof struviet.” Aan het laatste beetje nepplas voegt Beijer magnesium toe. Hij houdt het glas omhoog. De namaakurine is troebel en wit geworden. “Het lijkt wel melk!”, zegt iemand vanaf de tribune. “Door de chemische reactie tussen magnesium, fosfaat en ammoniak is struviet ontstaan”, legt Beijer uit. “Dat is een vaste stof die langzaam naar de bodem zal zakken en we uit de vloeistof kunnen zeven. Gelukt! We hebben de nuttige stoffen uit de plas gehaald!”

Jouw plas is goud waard
Aan de Universiteit van Amsterdam doen Beijer en zijn collega’s onderzoek naar de beste manieren om fosfaat en ammoniak uit urine te halen. “In 2019 stonden we op het festival Lowlands. Daar hebben we heel veel plas verzameld, struviet gemaakt en heel veel mensen verteld wat ik jullie vandaag ook verteld heb. In plas zitten heel nuttige stoffen, ammoniak en fosfaat. Die kunnen we gebruiken om kunstmest te maken om gewassen zoals aardappelen en tarwe mee te groeien. Als we ammoniak en fosfaat uit onze plas gebruiken, hoeven we die niet in fabrieken te maken en uit mijnen te halen. En dat is wel zo fijn voor de natuur. Goud waard!”

Beelden: Pexels; Pixabay; Pexels; DigiDaan