Fosfaathergebruik uit slib (en mest?)

Fosfaathergebruik uit slib (en mest?) Luc Sijstermans, Manager Proces & Milieu, SNB InnovatieNetwerk en VCM Workshop "Innovatie in mestverwerking en vermarkting“ 20 maart 2012 Antwerpen www.snb.nl

[email protected]

Inhoud

• SNB – Proces slibverwerking • SNB – Nutrientenfabriek • Overzicht alternatieven fosfaathergebruik • Conclusie

2

Slibverwerkingsproces: drogen en verbranden

3

Slibverwerkingsproces: Rookgasreiniging en afvalwaterreiniging

4

SNB: Nutrientenfabriek

SNB is fosfaatverzamelpunt: • SNB: Slibverwerking Noord-Brabant, Moerdijk, Nederland • Verbranding SNB 425.000 ton slibkoek/jr geeft 38.000 ton vliegas met 3,4 kton P • In Nederland 2 verbranders: in totaal circa 62.000 ton vliegas per jaar. Ter referentie: • Gebruik aan P-kunstmest : 17 kton P/jaar (NL, 2006) • Gebruik aan dierlijke mest: 78 kton P/jaar (NL, 2006) • Totaal in zuiveringslib: 12 kton P/jaar (NL, 2004) • 3,4 kton P/jaar = excretie van 7,7 miljoen mensen (0,4 kg P/persoon/jaar)  Fosfaatgehalte in as SNB is relevant  Doelstelling SNB: 100% hergebruik van alle P in de as in 2015 5

Technieken

Meest belovende technieken: • ICL fertilizers  Fosfaaterts (apatiet, Ca3(PO4)2 lage oplosbaarheid in water en onzuiver: ICL: verhogen oplosbaarheid en zuiverheid; vast product en granulaat  As vervangt fosfaaterts bij de productie van kunstmest  Maximaal 30kton/jr (5-10% van prim. grondstoffen) • Thermphos  As vervangt fosfaaterts bij de productie van hoogwaardig witte fosfor (food grade)  Randvoorwaarde Fe/P < 0,3 mol/mol  Selectieve verbranding slibstromen voor productie geschikte as.  Vanaf 2006 t/m 2010 jaarlijks 700-3000 ton as afgezet  Verwachting 2011: Maximale inzet ca. 11.000 ton/jaar (20-25% van de as )

6

Technieken Meest belovende technieken: • Outotec  Thermochemische behandeling van as tot kunstmest  Verwijdering van zware metalen  Verhogen biobeschikbaarheid fosfaat  Product Kunstmest (dicalciumfosfaat)  Bewezen op demonstratieschaal (2000t/jaar) en gereed voor full scale implementatie • EcoPhos  Nat-chemische opwerking van as tot halffabricaat ter vervanging van fosfaaterts bij de productie van fosfor door Thermphos (eventueel uit te breiden tot verwerking tot kunstmest: DCP, TSP)  Gebaseerd op techniek voor behandeling laagwaardig erts (full scale beschikbaar)  2011onderzoekstraject afgerond  2012:Aantonen business case, proces-/grondstof-/afzetgaranties 7

Afsluiting

Fosfaathergebruik via de slibverwerking: • Perspectief om 80% van alle fosfaat uit rioolwater terug te winnen • Grootschalige toepassing:  Relatief goedkoop  Interessante volumes voor afzet aan (kunstmest) industrie  Producten passen bij bestaande infrastructuur • Besparing op slibverwerkingskosten (10-15%) Stand van zaken: • Technieken rijp voor grootschalige toepassing • 100% P-hergebruik uit as in 2015 haalbaar (doelstelling SNB) • 2012: definitieve keuze voor techniek en investeringsbesluit • 2012: onderzoek naar verbranding van mest in kader fosfaathergebruik en verhogen fosfaathergebruik

8

9

Kwaliteit – zware metalen

Element

Vliegas

Thermochemisch (Outotec)

mg/kg P2O5

Norm *

mg/kg P2O5

mg/kg P2O5

As

91

71

375

Cd

17

0

31

Cr

510

423

1875

Cu

4600

347

1875

Hg

0

0

19

Ni

310

233

750

Pb

810

1

2500

Zn

9000

500

7500

* Norm: Bijlage Ab van Uitvoeringsregeling Meststoffenwet 10

Energie positieve mestverwerking 20 maart 2012 Naten Van Hemelrijck IWT Innovatieproject – samenwerking KHK en UGent

Wie zijn we?

LTEco is actief in milieutechniek: -

Droogtechniek

-

Luchtzuiveringstechniek

-

Waterbehandeling en grondstofrecuperatie

-

Scheidingstechniek

 Vandaag vooral actief in landbouwsector

Hoe?

Vaste overtuiging: holistische aanpak nodig Hoofdlijnen van onze aanpak: Het streven naar economisch voordeel door: •

Maximale energie-efficiëntie

•

Maximaal gebruik hernieuwbare energie

•

Minimale impact op leefomgeving

•

Cradle to cradle (materiaalgebruik van wieg tot wieg)

•

Sluiten van kringlopen

Energie positieve mestverwerking?

Totale energieconsumptie bij verwerking en door degradatie van producten beperken tot een minimum

Ambitieuze doelstelling? – Energieverbruik van het proces – Energie valorisatie product – Vermijden van energieverbruik door behoud van nutriënten

1

Energieverbruik van het proces

•

Minimaal stroomverbruik <20 kWh per

•

Minimale droogenergie: Verdampingsenergie: 628 kWh per m³ water <-> Basis stelregel: 1.000 kWh per m³ input

•

Mogelijkheid om (extreem) laagwaardige energie te benutten

•

Warmterecuperatie mogelijkheid tot terugdringen primair energieverbruik

15

2

•

Energievalorisatie van het product

Mest = water + nutriënten + biomassa

 Biomassa kan gevaloriseerd worden: •

Biogaspotentieel drijfmest is beperkt 1 m³ drijfmest = ~10 m³ methaan ~100 kWh energie

•

Verbrandingswaarde droog product is aanzienlijk 1 kg droge mest = ~ 2 tot 3,3 kWh  pyrolyse, vergassing, verbranding

3

Vermijden energieverbruik

• Mest = water + nutriënten + biomassa

 Schaarste aan kwalitatieve waterbronnen

 Productie van kunstmeststof is energie intensief Circa 0,9 m³ aardgas per kg minerale stikstof Fosfor en Kali zijn eindige minerale grondstoffen

17

Voorbeelden: eenvoudige componenten

Functie:

indampen dunne fractie tot 15% DS verwijderen stofdeeltjes uit drooglucht

 Minimaal energieverbruik en maximale efficiëntie

18

Voorbeelden: Kwalitatief spuiwater

Uitwassen ammoniak uit drooglucht Productie kunstmeststof (NH4)2SO4 Garantie minimaal 80 kg N/m³ + pH neutraal

19

Voorbeelden: vliegwielconcept

•

Warmterecuperatie door condensatie verdampingslucht (2 luchtstromen)

•

Getrapte koeltoren: warmste luchtstroom onder

•

Productie condenswater: nuttige toepassing mogelijk

•

Nazuiveren drooglucht: geurverwijdering

20

2.1 Onderverdeling drooginstallatie Droogbed

- Statisch droogbed - Opbrengen materiaal met transportwagen: enige mechanisch onderdeel binnen

droogruimte - Nadroging van circa 25 % naar >85 % DS - Warmtestroom van onder naar boven door bed

21

Voorbeelden Nuttige aanwending gerecupereerde warmte

Foto: warmtewisselaars naast indamper 1 22

Stand van zake

•

Energieverbruik droger:

< 500 kW thermische energie per m³ drijfmest < 20 kWh electrische energie per m³ drijfmest •

Productie van kwalitatief spuiwater:  reductie van 4,5 tot 6 m³ aardgasverbruik  45 tot 60 kWh

•

Mogelijkheid mestvergisting

 Opwarming met gerecupereerde warmte  Productie van 100 kWh nuttige energie

•

Biomassa droog eindproduct: 160 tot 300 kWh benutbare energie

 saldo: (bijna) energie positief in strikte zin

23

Praktisch?

Conclusie: • • •

Concept werkt en is commercieel inzetbaar Verdere validatie voorzien komende maanden Energiepositief mestverwerken kan (in de toekomst), energie efficiënt mestverwerken is vandaag reeds een must.

Onderzoek: • • •

Hogere recuperatiefactoren aantonen Stroomverbruik (nog) reduceren (doel: < 15 kWh/m³) Randaspecten in kaart brengen: bvb. asresten? Biochar?

24

Pocket vergisting Lies Bamelis Workshop VCM – 20/03/2012

Co-auteurs : Bernard Willems (InnoLab), Denis De Wilde (Innova Energy), Erik Meers (Ugent)

Overzicht

1. Bedrijfsvoorstelling 2. Vergisting 3. Types pocketvergisting 1. 2.

Definitie Rendabiliteit

4. Wetgevend kader 5. VEA demonstratie project

20/03/2012

Lies Bamelis

26

1. Bedrijfsvoorstelling

20/03/2012

Lies Bamelis

27

Overzicht

1. Bedrijfsvoorstelling 2. Vergisting 3. Types pocketvergisting 1. 2.

Definitie Rendabiliteit

4. Wetgevend kader 5. VEA demonstratie project

20/03/2012

Lies Bamelis

28

Vergisting Onopgelost afbreekbaar organisch materiaal (polymeren) Eiwitten

Koolhydraten

Vetten

Hydrolyse Aminozuren,suikers suikers Aminozuren,

Hogere Langketige vetzuren, vetzuren alcoholen

Condities : - Anaëroob - Mesofiel (35 – 37°C) of thermofiel (50 – 55°C) - HRT : 30 – 70 dagen - Stabiele voeding vereist

Acidogenese Intermediaire producten (butyraat, propionaat,propionaat,…) alcoholen, …)

Acetogenese Waterstof, koolstofdioxide

Acetaat

Methanogenese

Output vergister : - Biogas (50 – 75 % CH4) Naar WKK -> Electr. + Warmte - Digestaat (± input) - Output = continu - Nutriënten : IN = OUT

Methaan, koolstofdioxide

20/03/2012

Lies Bamelis

29

Overzicht

1. Bedrijfsvoorstelling 2. Vergisting 3. Types pocketvergisting 1. 2.

Definitie Rendabiliteit

4. Wetgevend kader 5. VEA demonstratie project

20/03/2012

Lies Bamelis

30

Types pocketvergisting - definitie

Voeding

Vermogen

Micro vergister

Pocketvergister

Enkel mest

Mest + energiegewassen + event. reststromen eigen bedrijf

± 2200 ton mest / jaar

< 5000 ton / jaar

< 10 kW

< 200 kW

Terugdraaiende teller

Verkoop grijze stroom op net

Hoofddoel Toepassing electr. & warmte

Eigen energieproductie Eigen bedrijf / woning / loods Geen OBA stromen Geen dierlijke bijproducten Geen pasteurisatie

20/03/2012

Lies Bamelis

31

Types pocketvergisting rendabiliteit

Schatting opbrengst (bij vold. synergie) Eiland Synergie -

Micro vergister

Pocketvergister

Terugdraaiende teller -> grotere flexibiliteit bij variërend electriciteits verbruik

Schaalvoordeel -> hogere financiële rendabiliteit

0 – 5000 € / jaar

15 000 – 50 000 € / jaar

Niet rendabel

Nauwelijks rendabel

Absoluut noodzakelijk

Noodzakelijk

Beschikbare (mest)opslag Afzet mogelijkheden digestaat (scheider, …) Hoge actuele kosten elektriciteit Nuttige toepassing warmte binnen bedrijf …

Case per case – aanpak + volledige kosten / baten in kaart brengen ! 20/03/2012

Lies Bamelis

32

Overzicht

1. Bedrijfsvoorstelling 2. Vergisting 3. Types pocketvergisting 1. 2.

Definitie Rendabiliteit

4. Wetgevend kader 5. VEA demonstratie project

20/03/2012

Lies Bamelis

33

Wetgevend kader 1. 2.

20/03/2012

Milieuvergunning Erkenning eindproduct

Input

VLACO

1069 light (afzet in Vlaanderen)

FOD (bij afzet bij derden= handel)

Energiegewassen

Neen

Neen

Ja

Bedrijfseigen mest

Neen

Ja (VLM) bij derden

Ja

Want mest wordt verwerkt.

Bedrijfseigen dierlijk OBA

Neen

Ja (VLM en OVAM) bij derden

Ja

Melkproducten: onmiddellijk te verwerken

Bedrijfseigen plantaardig OBA

Neen

Neen

Ja

Extern plantaardig OBA

Ja

Neen

Ja

Beperkte lijst stromen

Slibs

ja

Neen

ja

FAVV: bacteriologie

Extern dierlijk OBA

WORDT NIET TOEGELATEN IN POCKETVERGISTER

Lies Bamelis

bemerkingen

34

Overzicht

1. Bedrijfsvoorstelling 2. Vergisting 3. Types pocketvergisting 1. 2.

Definitie Rendabiliteit

4. Wetgevend kader 5. VEA demonstratie project

20/03/2012

Lies Bamelis

35

VEA – Pocketvergister Demonstratie project inzake rationeel energieverbruik – Vergisting op boerderijschaal -

20/03/2012

Doel: vergisting bedrijfseigen biomassa stromen met volledige integratie in het landbouwbedrijf Looptijd : 2012 - 2015 Financiering : Vlaams Energie Agentschap (VEA) Hoofdaanvrager : IVACO cvba Partners

Lies Bamelis

36

VEA – Pocketvergister - Input (< 5000 ton/jr) : Varkensmest (Ruw + DiFr) + energie gewas - C/N verhouding van inputstroom - Minimalisatie toevoer energie gewas - Dagverse vs. vooraf opgeslagen stalmest

- Vergister + WKK (< 200 kW)

- Output: synergie met mestverwerking & compostering -

Geen bijkomende opslag vereist Scheiding digestaat: DuFr naar biologie, DiFr naar compostering Nuttige warmte afname (netto productie : ± 1 400 000 kWhe / jaar) Elektriciteit verbruikt + overschot verkocht (netto productie : ± 1.170.000 kWhe / jaar)

20/03/2012

Lies Bamelis

37

VEA – Pocketvergister - Projectaanpak : - Investering & Bouw – IVACO - Project coördinatie – DLV IV - Conceptontwikkeling – DLV IV / IE / Ugent / IL / DLV - Vergunningen en Wetgevend kader – DLV - Analyses : Ugent / IL - Monitoring : IVACO / DLV IV

20/03/2012

Lies Bamelis

38

Vragen? DLV InnoVision / Innova Energy: Lies Bamelis [email protected] Tel: 016 74 53 00 InnoLab : Bernard Willems [email protected] UGent : Erik Meers [email protected] 20/03/2012

Lies Bamelis

39