Koffiebekers op Science Park: Een duurzamer
alternatief?
Thema III: Interdisciplinair onderzoeksproject
29 januari 2016
Aantal woorden: 5548
Rosa Callenfels
-
10507744
Eline Filius
- 10542973
Marjolein Gevers
-
10555986
Domein Duurzaamheid
Hoofddocent:
Dr. Kenneth Rijsdijk
Begeleider: Sietze Norder
ABSTRACT -
Nederland beschikt in bepaalde perioden over minder zoetwater dan de vraag. Met het oog op een verwacht zoetwatertekort in de toekomst worden in dit onderzoek alternatieven voor de huidige kartonnen beker bekeken, met de vraag of de alternatieven minder water verbruiken dan de huidige kartonnen beker. De alternatieven die binnen dit onderzoek worden bekeken zijn een cup2paper en een thermosbeker, waarbij zowel he
t vaste als het variabele waterverbruik per beker wordt meegenomen. Er kan geconcludeerd worden dat wanneer een thermosbeker langer dan 8,5 week gebruikt wordt, en slechts eens per twee weken wordt afgewasssen, deze het minste water verbruikt ten opzichte van de huidige kartonnen beker en een cup2paper.
Inhoudsopgave
Inleiding p. 3
Hoofdstuk I Theoretisch kader p. 6
Hoofdstuk II Methoden p. 8
Deel 1: Vast watergebruik p. 10
Deel 2: Variabel watergebruik p. 10
Hoofdstuk III Resultaten p. 15
Deel 1: Vast watergebruik p. 15
Deel 2: Variabel watergebruik p. 16
Hoofdstuk IV Discussie p. 21
Hoofdstuk V Conclusie p. 23
Inleiding
Een robuuste zoetwatervoorziening is noodzakelijk voor de Nederlandse economie en maatschappij (Rijksoverheid, 2014). Op dit moment is er in bepaalde perioden al minder zoetwater beschikbaar dan de vraag. Door klimaatveranderingen en sociaaleconomische ontwikkelingen, zoals bevolkingsomvang en economische groei, zal deze vraag naar zoetwater in de toekomst naar verwachting toenemen. Op wereld niveau heeft een kwart van de mensheid niet altijd voldoende schoon water en drinkwater is daarom schaars en kostbaar (Seckler, Barker & Amarasinghe, 1999). Om ervoor te zorgen dat ook de toekomstige generaties gebruik kunnen blijven maken van schoon drinkwater is efficient en duurzaam watergebruik noodzakelijk.
Water wordt voor allerlei doeleinden gebruikt, waarbij de industrie een van de grootste verbruikers is (RIVM rapport, 2000). Het waterverbruik in de Nederlandse industrie is na een piek in 1980 de afgelopen jaren iets afgenomen. Dit is te verklaren gezien de productieprocessen, waarbij veel water wordt verbruikt, naar andere landen zijn verplaatst (Trouw, 2015). Zo is bijvoorbeeld voor zowel de productie als voor de recycling van papier veel water noodzakelijk (Milieu Centraal, 2015). Er wordt ook wel gesproken over virtueel water. Dit is de hoeveelheid water die nodig is voor de productie van een bepaald goed.
Per jaar worden er 190.000 bekers warme drank geconsumeerd bij het Academisch Kwartier op het Science Park in Amsterdam (Bok, 2015). Al deze warme dranken worden, op een enkeling na, gedronken uit kartonnen bekers. Voor het maken van al deze bekers is karton nodig, waarvan de productie een aanzienlijke hoeveelheid water vereist (Milieu Centraal, 2015). Gezien deze kartonnen bekers uiteindelijk bij het restafval belanden, gaat ook de geïnvesteerde hoeveelheid water verloren. De reden dat deze bekers bij het restafval belanden, en niet kunnen worden gerecycled, is dat er zich een plastic coating (PE-coating) aan de binnenzijde van deze bekertjes bevindt (TNO, 2007). De bekertjes worden uiteindelijk verbrand of komen op de afvalberg terecht (Milieu Centraal, 2015).
Met het oog op een verwacht zoetwatertekort in de toekomst worden in dit onderzoek alternatieven voor de huidige kartonnen beker bekeken, met de vraag of de alternatieven minder water verbruiken dan de huidige kartonnen beker. De huidige kartonnen beker wordt vergeleken met een cup2paper en een thermosbeker.
Een cup2paper is een kartonnen beker met aan de binnenkant een milieuvriendelijke coating, waardoor deze beker volledig recyclebaar is met het papierafval van afvalverwerker SITA (cup2paper, 2015). Voor de consument verandert er vrijwel niets wanneer de huidige
kartonnen beker vervangen wordt door de cup2paper, afgezien van het feit dat de beker niet meer bij het restafval moet worden weggegooid, maar bij het papierafval (cup2paper, 2015).
Als tweede alternatief is gekozen voor een thermosbeker gezien er bij deze herbruikbare beker helemaal geen sprake meer van afval van koffiebekers zal zijn. Er is voor een thermosbeker gekozen, en niet voor bijvoorbeeld een mok, vanwege praktische voordelen: een thermosbeker is makkelijk mee te nemen (een student op Science Park heeft immers geen vaste werkplek), kan worden afgesloten en houdt de koffie langer warm.
Er wordt in dit onderzoek getracht een antwoord te geven op de vraag welke van de drie genoemde bekers het minste water verbruikt bij de productie (virtueel water), het gebruik en de verwerking of recycling van de bekers. Omdat er geen ruimte is binnen dit onderzoek om alle aspecten van duurzaamheid te onderzoeken, is ervoor gekozen om de focus te leggen op het duurzaamheidsaspect water. Dit is, zoals hierboven uiteengezet is, een belangrijke factor wat betreft duurzaamheid.
Tussen vast en variabel watergebruik wordt binnen dit onderzoek een onderscheid gemaakt. Vast waterverbruik is de hoeveelheid water die in ieder geval nodig is voor een product, in dit geval de koffiebeker. Hieronder valt al het water dat wordt gebruikt bij de productie (virtueel water), het transport en de eventuele recycling van het product. Variabel watergebruik daarentegen, hangt af van de gebruiker van het product. Wanneer men een thermosbeker bijvoorbeeld drie keer per dag afwast, zal er meer water worden gebruikt dan wanneer men hem een keer per week zou afwassen. Het variabele waterverbruik zal dus afhangen van hoe vaak de thermosbeker afgewassen wordt. Daarom zal worden onderzocht hoe lang men een thermosbeker zou kunnen gebruiken zonder hem af te wassen, om een zo optimaal mogelijk gebruik van de beker vast te stellen. Dat wil zeggen, het gebruik van een thermosbeker waarbij zo min mogelijk water wordt gebruikt.
De bovenstaande probleemschets heeft geleid tot de volgende onderzoeksvraag: Wat is, bij optimaal gebruik, het verschil in watergebruik tussen de huidige kartonnen beker, de cup2paper en een thermosbeker wanneer deze gebruikt worden voor het consumeren van koffie, bij het Academisch Kwartier op het Science Park?
De hypothese is dat de thermosbeker totaal het minste water verbruikt ten opzichte van de kartonnen beker en de cup2paper. Uit een levenscyclus analyse blijkt dat cup2paper de meest milieuvriendelijke koffiebeker is ten opzichte van andere wegwerpbekers (Haffmans, S., Jonkers, N., & Krutwagen, 2011). De verwachting is dan ook dat de cup2paper het minste water
zal verbruiken. Cup2paper meldt op de eigen website dat een herbruikbare beker, zoals bijvoorbeeld een thermosbeker, pas duurzamer is wanneer deze maximaal een keer per zeven kopjes koffie afgewassen wordt. Er wordt verwacht dat dit haalbaar is bij het gebruik van een thermosbeker om de volgende redenen.
Allereerst focust dit onderzoek zich op de gezondheid van studenten, dit is geen kwetsbare groep. Kwetsbare groepen zijn jonge kinderen, zwangere vrouwen, zieken en ouderen. Zij worden zo genoemd gezien zij een verminderde weerstand hebben en gevoeliger zullen zijn voor voedselinfecties (Voedingscentrum, 2016).
Daarnaast zal er koffie van 90,5 a 96 graden Celsius in de beker terecht komen, wanneer er gebruikt wordt gemaakt van moderne koffiezetapparaten (National Coffee Association USA, 2016). Bij temperaturen hoger dan 75 graden Celsius gaan bacteriën dood en koffie van rond de 90 graden Celsius zal dan ook schadelijk zijn voor een groot aantal bacteriën (Voedingscentrum, 2016).
Tot slot is het zo dat een thermosbeker geen voedingsbodem is voor bacteriën . Daarom wordt verwacht dat het aantal bacteriën niet snel zal toenemen. . Deze redenen benadrukken de mogelijkheid tot meermaals gebruik van de thermosbeker zonder af te wassen in tegenstelling tot de huidige kartonnen beker en de cup2paper en hierdoor wordt verwacht dat bij het gebruik van de thermosbeker het minste water wordt gebruikt.
In het eerste deel van dit verslag zal het vaste waterverbruik per beker besproken worden. Binnen dit deel zal het waterverbruik in het productieproces van de verschillende bekers aan bod komen. Vervolgens zal worden ingegaan op het eventuele waterverbruik bij het transport van de verschillende koffiebekers. Tot slot zal het eerste deel gaan over het waterverbruik bij het verwerken/recyclen van de verschillende bekers die onderzocht worden. Het tweede deel van het verslag zal worden geweid aan het variabele waterverbruik. Dit deel zal allereerst uiteenzetten hoe vaak een student op het Science Park gemiddeld koffie koopt. Vervolgens worden deze gegevens gebruikt om te bepalen hoe lang de beker gebruikt zal kunnen worden zonder tussendoor af te wassen. Als laatste zal in het tweede deel worden bepaald hoeveel water het afwassen van de thermosbeker kost. Zo kan uiteindelijk een conclusie worden getrokken worden op basis van de verkregen gegevens.
Hoofdstuk I:
Theoretisch kader
Om een zo volledig mogelijk beeld te geven van het vaste en variabele waterverbruik dat per beker van toepassing is, zal het begrip the water footprint geintroduceerd worden binnen dit
onderzoek.
The water footprint geeft inzicht in het gebruik van schoon water, waarbij zowel het vaste als het variabele watergebruik meegenomen wordt (Aldaya et al., 2012). In het boek The water footprint assessment manual: Setting the global standard wordt een stappenplan
gegeven van hoe menthe water footprint van een product kan berekenen.The water footprint
van een product wordt gedefinieerd als het totale volume vers water dat gebruikt wordt om een product te maken, waarbij wordt gekeken naar alle schakels in de keten van het productieproces en dus zowel variabel als vast watergebruik wordt meegenomen (Aldaya et al., 2012). Het gaat hierbij om het verbruik van zoet water.
The water footprint van een product kan opgesplitst worden in een groene, blauwe en een grijze component. De blauwe component betreft het verse oppervlakte- en grondwater. De groene component is een indicator van het menselijk gebruik van de zogenaamde groene water. Groen water verwijst hier naar de neerslag op het land die niet wegloopt naar het grondwater, maar wordt opgeslagen in de bodem of tijdelijk verblijft boven voor vegetatie groei. Als laatste betreft de grijze component de vervuiling van schoon water. De hoeveelheid water die nodig is om het vervuilde water weer schoon te laten worden, om aan de standaarden te voldoen, valt ook onder het grijze waterverbruik.
The water footprint kan afhankelijk van het product en het productieproces uitgedrukt worden in liters schoon zoet water per volume eenheid van massa, per product of per hoeveelheid energie. Bij de productie van de verschillende koffiebekers kan worden gekeken naar de hoeveelheid water die nodig is per kilogram koffiebekers of de hoeveelheid water die nodig is per koffiebeker.
Naast het water dat betrokken is bij de productie en/of het recyclen van verschillende bekers, zal een thermosbeker gedurende het gebruik meermaals afgewassen worden (het gebruik van de huidige kartonnen beker en een cup2paper is slechts eenmalig). Door een thermosbeker minder vaak af te wassen kan water worden bespaard. Om erachter te komen hoe lang een thermosbeker gebruikt kan worden zonder deze tussendoor af te wassen met water en zeep, is
empirisch onderzoek nodig. Hierbij kan gekeken worden naar de hoeveelheid (schadelijke) bacteriën die zich na meermaals gebruik op de koffiebeker bevinden.
bacteriën zijn eencellige organismen van slechts enige micrometers groot die zich overal bevinden maar niet zichtbaar zijn met het blote oog (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu, 2015). Alhoewel een groot aantal bacteriën niet of nauwelijks schadelijk zijn voor de gezondheid van de mens, zijn er ook een aantal bacteriën die kunnen zorgen voor ziekte bij de mens. bacteriën zijn in staat zich ontzettend snel te vermenigvuldigen. bacteriën groeien en delen en afhankelijk van de omstandigheden neemt de groeisnelheid van bacteriën toe of af. Een optimale groeiomgeving voor bacteriën is vochtig en warm, bevat voldoende zuurstof en voedingsstoffen, zoals bijvoorbeeld suiker. Wanneer aan al deze voorwaarden wordt voldaan, beginnen bacteriën te groeien en zich te delen waarna na ongeveer 24 uur uit elke bacterie een bacteriekolonie ontstaat. Een bacteriekolonie is niets anders dan een klontje bacteriën dat wel met het blote oog zichtbaar is. Een veelvoorkomende bacterie is Escherichia coli, afgekort E. coli, en kan tot ziekte leiden bij de mens (Gerba, Rose & Haas, 1996).
Tot slot is het van belang om meer inzicht te krijgen in de verwerking van de drie verschillende bekers, dit gezien het verschil in materiaal van de bekers de verwerking bepaalt. In tegenstelling tot de cup2paper kan de huidige kartonnen beker niet gerecycled worden. Volgens Milieucentraal (2015) kost het recyclen van papier minder water dan het produceren van nieuw papier. Voor het maken van nieuw papier is volgens Milieucentraal namelijk 25 liter water per kilo papier nodig, voor het recyclen van een kilo papier is slechts 15 liter water nodig. Met het zicht op waterverbruik is het dus duurzamer om bekers te recyclen dan nieuwe bekers te produceren.
Hoofdstuk II: Methoden
In dit onderzoek wordt naar een antwoord gezocht op de vraag: Wat is, bij optimaal gebruik, het verschil in watergebruik tussen de huidige kartonnen beker, de cup2paper en een thermosbeker wanneer deze gebruikt worden voor het consumeren van koffie, bij het Academisch Kwartier op het Science Park?
Hiervoor zijn de methoden opgedeeld in twee delen. In deel 1 worden de methoden gegeven om het vaste watergebruik te onderzoeken. Daaronder valt het waterverbruik tijdens de
productie, het transport en de verwerking of recycling van de bekers. Deel 2 zal gaan over de methoden die gebruikt worden om het variabel watergebruik te onderzoeken.
Om het beantwoorden van de hoofdvraag te vereenvoudigen zijn verschillende deelvragen geformuleerd, onderverdeeld in vast en variabel watergebruik:
Vast waterverbruik
● Wat is het waterverbruik in het productieproces van elke beker? ● Wat is het waterverbruik in het transport van elke beker?
● Wat is het waterverbruik bij het afvalverwerkingsproces/ de recycling van de bekers?
Variabel waterverbruik
● Hoe vaak kopen studenten gemiddeld koffie bij het Academisch Kwartier?
● Hoe lang, gegeven de hoeveelheid koffie uit bovenstaande deelvraag, kan een thermosbeker worden gebruikt zonder dat dit schadelijk is voor de gezondheid van studenten?
● Hoeveel water kost het om de thermosbeker af te wassen?
Vanuit een interdisciplinair perspectief zullen de verschillende deelvragen worden beantwoord. Hierbij zal gebruikt worden gemaakt van de discipline natuurkunde, biomedische wetenschappen en wiskunde. Natuurkunde zal met name gebruikt worden om de deelvragen rondom het watergebruik bij de productie van de bekers te beantwoorden. Biomedische wetenschappen focust met name op het empirische bacterie onderzoek, waarna wiskunde wordt toegepast om de verkregen gegevens te verwerken.
Onderstaande figuur (figuur 1) geeft een schematische weergave van hoe dit onderzoek is opgebouwd en wat de gebruikte methoden zijn.
Figuur 1: Flowchart van de methoden
Deel 1: Vast watergebruik
Om erachter te komen hoeveel water er verbruikt wordt bij het productieproces van de verschillende bekers zullen de producenten van de bekers benaderd worden. Om achter het waterverbruik van cup2paper te komen zal de producent, SITA, benaderd worden. Voor de huidige koffiebekers op het science park zal de leverancier, De Maas, benaderd worden. Om te bepalen hoeveel water er verbruikt wordt bij het recyclen van de verschillende bekers zullen verschillende afvalverwerkingsbedrijven zoals DS Smith en Van Gansewinkel benaderd worden. De bekers van cup2paper worden gerecycled, hiervoor zal SITA benaderd worden. Mocht een van deze bedrijven geen gegevens hebben of deze niet willen of kunnen delen dan zal gekeken worden naar vergelijkbare productieprocessen van kartonnen of stalen voorwerpen om gegronde aannames te kunnen doen over het waterverbruik bij de productie van de verschillende bekers.
Om te achterhalen hoeveel water er verbruikt wordt bij het verwerken van de verschillende koffiebekers zullen afvalverwerkingsbedrijven benaderd worden.
Deel 2: Variabel watergebruik
Aantal koffie per week
Om een zo realistisch beeld te geven van hoe de thermosbeker op Science Park gebruikt zal gaan worden, moet worden bepaald hoe vaak studenten op dit moment koffie consumeren bij het Academisch Kwartier op het Science Park. Om dit te bepalen is gebruikt gemaakt van een online enquete die is verspreid via Facebook. Deze enquete is gemaakt met Google Forms en bestaat uit slechts een korte vraag; Hoe vaak koop je koffie bij het Academisch Kwartier?
Mogelijke antwoorden op de vraag zijn: - nooit
- 1 x per maand (of minder) - 2 a 3 x per week
- 1 x per dag - 2x per dag
- 3 x of meer per dag
Gebruik van thermosbeker zonder af te wassen
Om de bacteriegroei in een thermosbeker te bepalen zullen drie thermosbekers gedurende 16 dagen gevolgd worden. Aan het begin van het onderzoek wordt een nulmeting gedaan waarna vervolgens nog twee metingen zullen worden gedaan. Om het aantal bacteriën te bepalen die zich in de thermosbeker bevinden, is het van belang dat per thermosbeker de oplossing met daarin de bacteriën uitgeplaat wordt op een agar plaat. Deze agar platen worden vooraf aan het onderzoek gemaakt.
Per fles van 750 mL LB agar is het volgende nodig: - 3,75 gram gist extract
- 7,5 gram bacto tryptone - 7,5 gram NaCl
Het is de bedoeling dat de stoffen voor de LB agar bij elkaar gevoegd worden in een fles, samen met 750 mL water. De fles gaat vervolgens in de autoclaaf bij 110 graden Celsius voor 20 minuten. Op deze manier wordt de agar steriel gemaakt. Dit is noodzakelijk gezien slechts het aantal bacteriën afkomstig uit de thermosbeker bepaald wil worden en geen andere bacteriën meegenomen willen worden uit bijvoorbeeld de omgeving. De geautoclaveerde agar moet na 20 minuten eerst afkoelen tot 50 a 55 graden Celsius. Wanneer de agar genoeg is afgekoeld kunnen er platen worden gegoten bij een steriele omgeving.
Tijdens de meting zal er zal gebruik worden gemaakt van een steriel wattenstaafje, een zogenaamde swab, die zowel langs de rand (drinkvlak) van de thermosbeker wordt gehaald als langs de binnenkant van de lege thermosbeker. Afgezien van bij de nulmeting, zal er bij meting 1 en 2 zowel een onverdunde meting als een verdunde meting worden gedaan. De reden voor deze twee metingen is dat er zich mogelijk zoveel bacteriën in de beker bevinden dat het bepalen van het aantal bacteriën niet meer mogelijk zal zijn als gebruik wordt gemaakt van slechts een onverdunde meting. Door ook te werken met een verdunde meting zal de hoeveelheid bacteriën met 10x worden verminderd. Door een simpele berekening kan vervolgens alsnog de werkelijke hoeveelheid bacteriën in de thermosbeker worden bepaald.
Bij de onverdunde meting zal de swab eerst in geautoclaveerd, oftewel steriel, water worden gebracht en vervolgens langs de thermosbeker worden gehaald en daarna in 1 mL geautoclaveerd, water worden gebracht. Met behulp van een pipet wordt vervolgens het water met daarin de bacteriën aangebracht op een agar plaat en uitgeplaat.
Bij de verdunde meting zal de swab ook eerst in geautoclaveerd water gebracht worden, en langs de thermosbeker worden gehaald. De swab wordt daarna echter in 10 mL water gebracht. 1 mL van deze oplossing wordt vervolgens op een agar plaat aangebracht en uitgeplaat. De platen van zowel de verdunde als onverdunde metingen worden na het uitplaten 24 uur bij 37 graden Celcius gehouden waarna het aantal bacteriën op de platen zal worden bepaald in bacteriekolonies per mL.
Verwerking meetgegevens
Wanneer de gegevens uit het bacterie onderzoek bekend zijn, zullen deze verwerkt moeten worden zodat hier een conclusie uit getrokken kan worden. Met behulp van numerieke wiskunde kan een vergelijking voor de bacteriegroei worden opgesteld.
De heer Stevenson, hoogleraar Numerieke wiskunde, heeft veel informatie verstrekt wat betreft het verwerken van de gegevens zoals hieronder beschreven (pers. comm., 20 oktober 2015). Veronderstel dat er n bekers worden onderzocht, dat er m meetmomenten zijn en dat bacteriën exponentieel groeien. De verwachting is dat er een groeicurve ontstaat van de vorm
(t) ,
g = c ∙ er∙t (1)
waarbij (t)g het aantal bacteriekolonies is op een bepaald tijdstip, t de tijd aangeeft en c r en nader te bepalen onbekenden zijn. Wanneer aan beide kanten van deze vergelijking het logaritme wordt genomen, wordt de lineaire vergelijking
og(g(t)) og(c)
l = l + r ∙ t (2)
verkregen en kan de kleinste kwadraten methode worden toegepast. Er is echter op ieder tijdstip van meerdere bekers het aantal kolonies bepaald, dus voordat de kleinste kwadraten methode wordt toegepast, wordt op elk tijdstip het gemiddelde van het aantal bacteriekolonies bepaald:
(t) (t).
g =n1∙ ∑n
i = 1gi (3)
Waarbij (t)gi het aantal bacteriekolonies op beker i (i ∈ { 1, ..., n}) is bij tijdstip t. Nu is op elk tijdstip het gemiddeld aantal bacteriekolonies bekend. Hierop kan de kleinste kwadraten methode worden toegepast. Het doel daarvan is om een best passende lijn te vinden door de punten og(g(t ))l i . Dit kan door de afstand tussen de gegeven punten en de mogelijke lijn te minimaliseren, dit kan gebeuren op de volgende manier.
Uit de gegevens kan een stelsel vergelijkingen worden verkregen,
A ∙ r = b (4)
met een A m × 2 matrix en een -dimensionale vector (Süli, Mayers, 2003).b m
(5)
(6)
Het stelsel is niet direct oplosbaar en daarom wordt eerst aan beide kanten van de vergelijking vermenigvuldigd met de getransponeerde matrix van . Nu ontstaat de volgende vergelijkingA
.
AT∙ A ∙ r = AT∙ b (7)
Dit is oplosbaar door aan beide kanten van de vergelijking te vermenigvuldigen met de inverse van AT∙ A: A ) (A ) b. ( T∙ A−1 ∙ AT∙ A ∙ r = T∙ A−1∙ AT∙ (8) Dit geeft A ) . r = ( T∙ A −1∙ AT∙ b (9)
Wanneer alle gegevens over het waterverbruik per beker bekend zijn zullen deze in een gezamenlijke grafiek gezet worden. Het waterverbruik en de tijd kunnen tegen elkaar worden uitgezet, daaruit kan dan direct afgelezen worden welke beker, na een bepaalde tijdsduur, het minste water verbruikt. Deze grafiek zal als volgt gemaakt worden.
Stel de thermosbeker heeft een totaal een vast waterverbruik van x L/beker, de cup2paper y L/beker en de huidige kartonnen beker z L/beker. Uit deze gegevens kan voor cup2paper het waterverbruik over de tijd berekend worden met de volgende formule
.
aterverbruik cup2paper y y
w = + ∙ n (10)
Waarbij n het aantal drinkmomenten is. Voor de huidige kartonnen beker kan een zelfde berekening type gemaakt worden, namelijk
aterverbruik kartonnen beker z
w = + z ∙ n (11)
Met behulp van het programma Origin kan vervolgens een grafiek gemaakt worden. Per beker wordt het uitgerekende waterverbruik per drinkmoment ingevoerd. Origin maakt hier een grafiek van waarbij het waterverbruik op de -as staat en de tijd op de -as.y x
Voor de thermosbeker is het maken van de grafiek complexer. Hier daalt het waterverbruik naar mate de thermosbeker vaker gebruikt wordt, en moet er ook rekening gehouden worden met het variabele watergebruik. Voor het variabele watergebruik wordt aangenomen dat voor het afwassen van een thermosbeker 2,55 liter nodig is. Hoe vaak de thermosbeker afgewassen moet worden wordt met het bacterieonderzoek bepaald. Veronderstel dat dit elke q dagen moet gebeuren. Na elk drinkmoment wordt het watergebruik gehalveerd, immers wordt het vaste waterverbruik dan over meerdere drinkmomenten verdeeld. Het waterverbruik van de thermosbeker zonder rekening te houden met het variabele waterverbruik is als volgt weer te geven:
.
aterverbruik thermosbeker 22,
Op dag q wordt er 2,55 liter water opgeteld bij het waterverbruik op die dag omdat dit water gebruikt wordt bij het afwassen. Hierna wordt er weer per drinkmoment gehalveerd, en vervolgens wordt er na de volgende q dagen weer 2,55 liter water bij het waterverbruik op die dag opgeteld, etcetera.
Met bovenstaande methode wordt het waterverbruik per drinkmoment berekend en ook hiervan wordt in Origin een grafiek gemaakt.
Hoofdstuk III: Resultaten
Deel I: vast watergebruik
Het vaste waterverbruik per beker is bepaald door bij bedrijven te informeren naar de hoeveelheid water die nodig is om een van de verschillende koffiebekers te produceren of te recyclen. Het blijkt lastig om achter het precieze waterverbruik te komen maar op basis van de verkregen gegevens is een goede schatting gemaakt. Het vaste waterverbruik voor de verschillende bekers is samengevat in tabel 1.
Tabel 1: Waterverbruik per type koffiebeker
x: een onbekende constante is, die voor elke beker gelijk is.
In tabel 1 is het waterverbruik per type koffiebeker weergegeven. De gegevens voor de huidige kartonnen bekers en de cup2paper komen van het bedrijf DS Smith. De gegevens van de stalen thermosbeker komen van GRACE Communication Foundation. Om het waterverbruik per beker te bepalen is het gewicht van kartonnen bekers gesteld op 0,05 kilogram (Cafeline, 2015). Het gewicht van de thermosbeker is gesteld op 0,3 kilogram (Contigo, 2016). Om te bepalen hoeveel water er per beker gebruikt wordt is de aanname gedaan dat één liter water één kilogram weegt.
In deze tabel is het waterverbruik voor het verkrijgen van de grondstoffen (hout voor het papier van de huidige koffiebeker en staal voor de thermosbeker) voor de verschillende bekers niet meegenomen. Daarnaast is de aanname gedaan dat het waterverbruik voor het vervoer van de verschillende thermosbekers voor alle drie gelijk is. Verder wordt in de tabel niet
meegenomen dat bij de productie van een stalen thermosbeker het gebruikte water ernstig vervuild wordt.
Deel II: variabel watergebruik
Aantal koffie per week
Met behulp van een online enquête is bepaald hoe vaak studenten koffie consumeren bij het Academisch Kwartier op het Science Park. 162 studenten hebben de enquete ingevuld en het resultaat van deze enquête is te zien in Figuur 2.
Figuur 2: Cirkeldiagram resultaten enquête
Uit deze enquête is naar voren gekomen dat het merendeel van de de ondervraagden 1x per maand (of minder) koffie koopt bij het Academisch Kwartier. Deze meerderheid zal hoogstwaarschijnlijk niet de doelgroep zijn die gebruik zal gaan maken van een thermosbeker. Om deze reden is er voor gekozen om het op een na grootste percentage te nemen als doelgroep
voor het gebruik van een thermosbeker, namelijk de ondervraagden die 2 a 3x per week koffie drinken bij het Academisch Kwartier. Op basis van dit resultaat zal in het onderzoek naar bacteriën drie keer per week koffie worden gedronken uit een thermosbeker.
Gebruik thermosbeker zonder af te wassen
Om te bepalen hoe lang een thermosbeker gebruikt kan worden zonder deze af te wassen is twee weken lang een wekelijkse meting gedaan om het aantal bacterien te bepalen. De resultaten van deze metingen worden weergegeven in tabel 2.
Tabel 2: Aantal bacteriën per beker per meting (v): verdund
>: meer dan
In tabel 2 wordt het aantal bacteriekolonies per beker weergegeven op drie verschillende meetmomenten. Uit de resultaten wordt duidelijk dat het aantal bacteriekolonies niet aanzienlijk toeneemt tijdens de metingen. Daarnaast geeft onderstaande figuur, figuur 3, een visuele weergave van de resultaten in tabel 2. Figuur 3 laat echter slechts de resultaten van beker 1 en 2 zien. De reden hiervoor is het niet telbare aantal bacteriën op beker 3.
Figuur 3: Histogram resultaten tabel 2
Onderstaande tabel, tabel 3, geeft de bacteriekolonies weer op de agar platen. Op basis van deze platen is het aantal bacteriekolonies per beker bepaald. De figuren geven de verschillen in bacteriekolonies goed weer. Beker 2 (figuren 5.a;5.b;5.c;5.d;5.e) laat over alle metingen het kleinste aantal bacteriekolonies zien. Op de agar platen van beker 3 (figuren 6.a;6.b;6.c;6.d;6.e) daarentegen, zijn een groot aantal en geclusterde (figuur 6.e) bacteriekolonies zichtbaar.
Beker 1 Beker 2 Beker 3
Figuur 4.a: Nulmeting
Figuur 5.a:
Nulmeting Figuur 6.a:
Nulmeting Figuur 4.b: Meting 1 Figuur 4.c: Meting 1 verdund Figuur 5.b: Meting 1 Figuur 5.c: Meting 1 verdund Figuur 6.b: Meting 1 Figuur 6.c: Meting 1 verdund Figuur 4.d: Meting 2 Figuur 4.e: Meting 2 verdund Figuur 5.d: Meting 2 Figuur 5.e: Meting 2 verdund Figuur 6.d: Meting 2 Figuur 6.e: Meting 2 verdund Tabel 3: Bacteriekolonies op agarplaten
Totale waterverbruik per beker
Om het totale waterverbruik per beker te bepalen dient een combinatie gemaakt worden van de gevonden resultaten voor vast en variabel watergebruik bij de drie bekers. Het totale waterverbruik per beker is bepaald door het vaste en variable waterverbruik bij elkaar op te tellen. De gevonden waarden kunnen in een grafiek uitgezet worden tegen de dagen dat de koffiebeker gebruikt wordt. Het resultaat hiervan is te zien in figuur 4.
Figuur 7: Het totale waterverbruik per beker is uitgezet tegen de tijd.
In de bovenstaande figuur is het vaste en variabele waterverbruik per beker uitgezet tegen het aantal dagen dat de beker (her)gebruikt wordt. Zoals eerder beschreven in het hoofdstuk Variabel waterverbruik wordt ervan uitgegaan dat de gebruiker van de koffiebeker drie keer per week koffie drinkt uit de desbetreffende beker. In de grafiek is geen strikte daling te zien in het waterverbruik van de thermosbeker. De pieken de figuur worden veroorzaakt door het water dat wordt verbruikt bij het afwassen van de thermosbeker, namelijk 2,55 liter water.
In de afbeelding is het punt waarop de thermosbeker minder water verbruikt nog niet zichtbaar. De thermosbeker verbruikt minder water als het waterverbruik van de huidige kartonnen beker meer dan 2,55L bedraagt. Dit is na 8,5 week het geval.
Hoofdstuk IV Discussie
Een van de belangrijkste resultaten uit dit onderzoek is dat de thermosbeker het minste water verbruikt ten opzichte van de andere bekers wanneer hij langer dan 8,5 week gebruikt wordt. Bij deze conclusie wordt er vanuit gegaan dat de beker elke twee weken wordt afgewassen. Dit resultaat komt overeen met de hypothese, waarin gesteld is dat de thermosbeker het minste water zou gebruiken op lange termijn.
Een ander belangrijk resultaat is dat de cup2paper meer water verbruikt dan de huidige kartonnen beker. Dit is echter in strijd met de hypothese. Uit literatuur bleek immers dat de cup2paper duurzamer zou zijn dan de huidige kartonnen beker (Haffmans, S., Jonkers, N., & Krutwagen, 2011; Facility Mangement Magazine, 2011). Op basis hiervan is de aanname gedaan dat de cup2paper minder water zou gebruiken. Het verschil tussen de twee bekers is echter wel te verklaren op basis van de verschillen in de verwerking van de twee bekers. De huidige kartonnen beker wordt verbrand waarbij geen water wordt gebruikt. De cup2paper wordt echter gerecycled waarbij water noodzakelijk is.
Uit het bovenstaande volgt direct een van de grootste punten van discussie. Dit onderzoek richt zich enkel op het waterverbruik van de drie bekers. Echter zou het zo kunnen zijn dat een ander duurzaamheidsaspect meer bepalend is voor de algehele duurzaamheid van het product. Zo zijn materiaalschaarste en CO2-uitstoot bijvoorbeeld ook belangrijke factoren als het gaat om de duurzaamheid. In dit onderzoek zijn deze en andere elementen die de duurzaamheid bepalen volledig buiten beschouwing gelaten. Een volledige levenscyclusanalyse van de drie verschillende bekers zou een goed vervolgonderzoek zijn om ook andere aspecten van duurzaamheid in kaart te brengen.
Bovendien is de voorlopige conclusie is enkel gebaseerd op het drinken van zwarte koffie. Onder de 190.000 bekers die nu per jaar op Science Park worden weggegooid, vallen ook allerlei andere warme dranken zoals chocolademelk, cappuccino en thee. Een beker waarin melk gezeten heeft zal om gezondheidsredenen zeer waarschijnlijk vaker moeten worden afgewassen dan een beker waar slechts zwarte koffie of thee in heeft gezeten (Voedingscentrum, 2016). Hier zou eventueel vervolgonderzoek naar gedaan moeten worden.
Daarnaast zijn er voor verschillende onderdelen van het onderzoek aannames gedaan. Dit is gedaan omdat er geen gegevens over deze onderdelen te vinden waren of omdat het niet haalbaar was om dit binnen de beperkte tijd te onderzoeken. Het is mogelijk dat deze aannames bepalend zijn geweest voor de uitkomst van het onderzoek. Een goed voorbeeld hiervan is het
waterverbruik bij het vervoer van de bekers, dat voor alle drie de bekers gelijk is geschat. Het is denkbaar dat er meer kartonnen bekers tegelijk vervoerd kunnen worden dan thermosbekers. Dit zal het waterverbruik voor de thermosbeker verhogen. Ook is bij wiskundige analyse uitgegaan van een exponentieel verband. Dit is gebaseerd op het gegeven dat bacteriën exponentieel groeien (Voedingscentrum, 2016).
Een belangrijk deel van het onderzoek is het empirische deel waarin is onderzocht hoe lang een thermosbeker gebruikt kan worden zonder af te wassen. De eerste opmerking hierbij is dat beker 3 van te voren niet met zeep afgewassen is maar slechts is omgespoeld. De verwachting was dat dit weinig verschil zou maken, maar uit het aantal kolonies gevonden in beker 3 blijkt dat dit wellicht wel van invloed is geweest (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu, 2015). Het valt namelijk op dat bij de nulmeting het aantal kolonies per beker erg verschilt, waarbij het grootste aantal kolonies zich in beker 3 bevond. Dit grote verschil in bacteriekolonies zou mogelijk ook verklaard kunnen worden door de mate van gebruik van de beker voorafgaand aan het onderzoek. Het is bekend dat beker 3 het meest intensief is gebruikt voorafgaand aan het onderzoek en beker 2 het minst. Wellicht is er een verband tussen de gebruiksduur en -intensiteit en het aantal bacteriën dat zich op een afgewassen beker bevindt. Wat daarnaast ook opvallend is, is dat bij beker 2 het aantal kolonies lijkt af te nemen bij de tweede meting. Bij de andere twee bekers neemt het aantal bacteriën, zoals verwacht, juist toe. Hoogstwaarschijnlijk is dit te danken aan het feit dat de swab bij meting 1 en 2 niet eerst in het geautoclaveerde water gedompeld is. Deze stap is niet uitgevoerd bij meting 1 en 2, in tegenstelling tot de nulmeting waarbij dit wel is gebeurd. Wanneer deze stap wel zou zijn uitgevoerd dan zou de daling in bacteriekolonies bij beker 2 waarschijnlijk niet zichtbaar zijn geweest. Ook zou de toename in het aantal bacteriekolonies bij beker 1 en 3 waarschijnlijk groter zijn geweest.
Een ander belangrijk knelpunt is dat het niet mogelijk was om een groot aantal thermosbekers te onderzoeken. Er zijn slechts drie thermosbekers onderzocht en er kan niet worden aangenomen dat dit representatief is voor alle thermosbekers. Dit bleek ook uit de grote verschillen tussen de drie bekers bij de metingen. Daarnaast is er op drie tijdstippen gemeten. De heer Stevenson gaf hierbij aan dat dit eigenlijk te weinig meetmomenten zijn. Om de invloed van meetfouten te minimaliseren zou men liever meer metingen doen (pers. comm., 20 oktober 2015; Schouten, 1995). Bovendien geeft het werken met proefpersonen het risico dat er geen zekerheid is over hoe vaak koffie gedronken is en wat er verder met de beker gebeurd is. Zo zette
elke proefpersoon zijn eigen koffie en kan het dus voorkomen dat de temperatuur van de koffie per beker verschilt.
Er kan op basis van de gegevens die in dit onderzoek verkregen zijn geen juiste conclusie getrokken worden. Voor het maken van de uiteindelijke berekeningen over het waterverbruik is aangenomen dat het mogelijk is om de beker twee weken niet af te wassen. Dit is een hele sterke aanname omdat uit het geringe aantal metingen niet direct deze conclusie getrokken mag worden. Vervolgonderzoek is dus zeker noodzakelijk om te bevestigen of de voorlopige conclusies uit dit onderzoek juist zijn.
Hoofdstuk V Conclusie
Er is binnen dit onderzoek getracht een antwoord te geven op de volgende hoofdvraag: Wat is, bij optimaal gebruik, het verschil in watergebruik tussen de huidige kartonnen beker, de cup2paper en een thermosbeker wanneer deze gebruikt worden voor het consumeren van koffie, bij het Academisch Kwartier op het Science Park?
Er is hiervoor onderzoek gedaan naar zowel het vaste als het variabele waterverbruik dat noodzakelijk is bij het gebruik van de drie verschillende bekers. Bij het vaste waterverbruik is gekeken naar de productie, het transport en de verwerking/recycling. Voor het bepalen van het variabele waterverbruik is onderzocht hoe lang een thermosbeker gebruikt kan worden zonder deze af te wassen, zodat het variabele watervebruik minimaal zou blijven.
Er kan geconcludeerd worden dat wanneer een thermosbeker langer dan 8,5 week gebruikt wordt, en slechts eens per twee weken wordt afgewasssen, deze het minste water verbruikt ten opzichte van de huidige kartonnen beker en een cup2paper. Echter kan in dit onderzoek niet met zekerheid geconcludeerd worden dat het eens per twee weken afwassen van de thermosbeker niet schadelijk zal zijn voor de gezondheid van studenten. Vervolgonderzoek is noodzakelijk om robuuste conclusies te kunnen trekken.
Literatuurlijst
● Aldaya, M. M., Chapagain, A. K., Hoekstra, A. Y., & Mekonnen, M. M. (2012). The water footprint assessment manual: Setting the global standard Routledge.
● Bijleveld, M. M., Otten, M. M., & Krutwagen, B. T. J. M. (2011). LCA: recycling van kunststof verpakkingsafval uit huishoudens. CE Delft.
● bol.com. (2016). Contigo astor thermosbeker autoseal - 0.47 l - paars. Retrieved
December, 11, 2015, from
https://www.bol.com/nl/p/contigo-astor-thermosbeker-autoseal-0-47-l-paars/920000 0019498547/?country=BE
● Cup2paper. Duurzaamste beker. Retrieved 9 november 2015, from http://www.cup2paper.nl/
● Facility Management Magazine. (2011). Cup2paper: De meest duurzame koffiebeker.
Retrieved December, 2, 2015, from
https://www.fmm.nl/topics/inkoop-contractmanagement/nieuws/cup2paper-de-meest-duurzame-koffiebeker
● Gerba, Charles P., Joan B. Rose, and Charles N. Haas. "Sensitive populations: who is at the greatest risk?." International journal of food microbiology 30.1 (1996): 113-123. ● GRACE Communications Foundation. (2016).The hidden water in everyday products.
Retrieved December 11, 2015, from
http://www.gracelinks.org/285/the-hidden-water-in-everyday-products
● Haas, Charles N., Joan B. Rose, and Charles P. Gerba. Quantitative microbial risk assessment. John Wiley & Sons, 1999.
● Haffmans, S., Jonkers, N., & Krutwagen, B. (2011). LCA Quickscan: koffiebekers voor eenmalig gebruik. Partners for Innovation.
● Ligthart, T. N., & Ansems, A. M. M. (2007). Eenmalige bekers dan wel méérmalige (koffie) drinksystemen: Een milieuvergelijking. ( No. 004.36581). Apeldoorn: TNO. ● Milieucentraal. Afval verwerken. Retrieved 2 oktober 2015, from
http://www.milieucentraal.nl/afval/afval-scheiden-en-recyclen/afval-verwerken/ ● Milieucentraal. Papier en karton. Retrieved Oktober 2, 2015, from
https://www.milieucentraal.nl/afval/verpakkingen/papier-en-karton/
● Ministerie van Infrastructuur en Milieu Ministerie van Economische Zaken. (2014).
Nationaal waterplan 2016-2021. Den Haag: Rijksoverheid.
● Mulschlegel, J. H. C. (2000). Analysis and calculation of future water demand in the Netherlands. RIVM Rapport (Netherlands).
● National Coffee Association USA. Retrieved Maandag, 11, 2016, from http://www.ncausa.org/About-Coffee/How-to-Brew-Coffee
● RIVM. Over bacteriën. Retrieved December, 20, 2015, from http://www.rivm.nl/Onderwerpen/Z/Ziek_door_dier/Besmettingsroutes/Ons_voedsel/ Over_bacteri%C3%ABn
● Schouten, H. J. A. (1995). Klinische statistiek: een praktische inleiding in methodologie en analyse. Bohn Stafleu Van Loghum.
● Seckler, D., Barker, R., & Amarasinghe, U. (1999). Water scarcity in the twenty-first century. International Journal of Water Resources Development, 15(1-2), 29-42. ● Süli, E., & Mayers, D. F. (2003). An introduction to numerical analysis. Cambridge
university press.
● Visser, M., (2015).Wereldleiders vrezen voor een watercrisis. Retrieved November 2,
2015, from
http://www.trouw.nl/tr/nl/4504/Economie/article/detail/4176054/2015/11/02/Wereld leiders-vrezen-voor-een-watercrisis.dhtml
● Voedingscentrum. (2015). Melk en melkproducten. Retrieved Januari, 29, 2016, from
http://www.voedingscentrum.nl/encyclopedie/melk-en-melkproducten.aspx
● Watkins, K. (2006). Human development report 2006-beyond scarcity: Power, poverty and the global water crisis. UNDP Human Development Reports (2006),
