Mestverwerkingtechnieken Nu en over 3 jaar Oscar Schoumans (Alterra Wageningen UR) Symposium “Kansen voor het verwaarden van dierlijke mest”
Goud voor Groenlo, Hengelo, 28 maart 2014
Inhoud 1.
Achtergronden
2.
Ontwikkelingen mestverwerking
3.
Conclusies
Nederland Mineralenland: Fosfaat Fosfaat is een van Voer 65%
Landbouw
Industrie
Huishoudens
levensbelang eindige onvervangbare grondstof !!!
KM 11%
Anders 24% Afvalverwerking IMPORT 100%
EXPORT 45%
EU: heeft geen Verlagen fosfaatoverschot 46 mill. kg P2O5
Bodem en Water 33%
Verbrandingsas & vuilstort 22%
fosfaatmijnen!! 3
Sluiten van de Kringlopen ‘Nederlandse’ strategie:
Verlaging P gehalte in het voerspoor
Mestscheiding & verhogen efficiëntie (minder uitspoeling)
Mineralenconcentraten (N, K)
Winning P uit mest
Verplichte mestverwerking (Bleker, 29/6/2012) Regio 2013 2014* Zuid 10% 30% Oost 5% 15% Overig 0% 5% milj. kg P2O5 5 17 * voorlopig Geldt voor bedrijven met een fosfaatoverschot
2015* 50% 30% 10% 28
Mestverwerking: Processen / technieken Mestbehandeling Proces/Techniek Scheiden Composteren Drogen Hygieniseren Korrelen (co-)vergisten Indampen
Produkten
Biologische N verwijderen
CH4 geconcentreerde NH4 , K oplossing zure NH4 oplossing
P-as P-as, syngas (H2 , CO, CO2 , CH4 )
Pyrolyseren
P-biochar, syngas (H2 , CO, CH4 ), oil
Struviet precipitatie Calciumfosfaat precipitatie
Product
AirPrex® Lysogest® NuReSys® PHOSPAQ CRYSTALACTOR® Gifhorn process Fix-Phos Stuttgart process Budenheim process
full full full full full full full pilot pilot
MAP MAP MAP MAP CaP MAP CaP MAP CaP
N2
Verbranden Vergassen Natte oxidatie sub kritisch Natte oxidatie super kritisch Nat super kritische vergassen
Scale Sludge
Ultrafiltratie/Omgekeerde osmose geconcentreerde NH4 , K oplossing Strippen
RWZI’s
P-as, NH3 P-as P-biochar, syngas (H2 , CO, CH4 ) .
MAP (MgNH4 PO4 6 H2 O) CaP
sludge liquid/process water REPHOS® full PEARL® (PEARL 500) full NuReSys® full P-RoC pilot PHOSTRIP pilot
MAP MAP MAP CaP MAP or CaP
P recovery during or after incineration MEPHREC® full SUSAN full Thermphos* full LeachPhos pilot EcoPhos/SNB/HVC full
P fertilizer P fertilizer White P4 MAP or CaP DCP
Potentiële waarde van varkensmest Kosten van mestafzet hoog voor de veehouderij Mest is geen afval - Mest heeft waarde Potentiële waarde van varkensmest gehalte1)
Marktprijs grondstof2)
Stikstof (N) Kalium (K 2O)
(kg/m3) 0.8 - 6.8 2 - 14
(€/kg) 0.167 - 0.389 0.095 - 0.222
(€/ton) 0.13 - 2.64 0.19 - 3.10
Fosfaat (P 2O5) Organische stof (vaste fase)
0.6 - 6.2 35 - 45
0.157 - 0.365 0.091 - 0.117
0.09 - 2.26 3.19 - 5.27
Waarde als grondstof (€ / ton) 1)
Waarde
3.60 - 13.28
Römkens and Rietra (2008)
2)
LEI, 2012; resp. 15% - 35% van de kunstmestprijs gebaseerd op KAS (N), TSP( P2O 5) and K60 (K2O) en energiewaarde van organische stof (gebaseerd op 0.07 - 0.09 € per kWh)
Bron: Schoumans et al. (2010) Update martkprijzen: 2012
Ontwikkelingen mestverwerking: Sterk gericht op terugwinning van mineralen I.
Terugwinning van Stikstof uit mest;
Mineralenconcentraat als kunstmestvervanger
II.
Terugwinning van Fosfaat uit mest; Secundaire grondstof voor de industrie
Mineralenconcentraten Doel: productie van mineralenconcentraten (kunstmestvervangers; N&K) uit de waterige dunne fractie van mest NB. Volgens EU Nitraatrichtlijn blijven alle producten afkomstig van dierlijke mest vallen onder het gebruik van dierlijke mest (170 kg N/ha en derogatiebedrijven 250 kg N/ha) Daarom Pilot 10 installaties: Techniek: omgekeerde osmose (OO)
Source: Velthof et al. (2012)
Mineralen pilots: voorbeelden technieken
Mineralenconcentraten (N&K):
Mineralenconcentraten: ● Hoger N en K gehalte dan dunne mest; ● Laag P gehalte ● NH4 : ± 90% of N-totaal ● pH >7.5 ● Grote verschillen tussen de pilots Plant A B C D E F H
N-total
N-NH4
g/kg
g/kg
6.4 7.2 8.9 5.3 4.2 8.1 11
5.9 6.9 7.8 4.7 3.6 7.1 10.5
P
K
% Ntotal
g/kg
g/kg
92 96 88 89 86 88 95
0.2 0.01 0.34 0.11 0.08 0.26 0.27
7.1 6.8 8.4 6.8 5.5 8.1 15.7
Produkten
Mineralenconcentraat Vloeibare N-K oplossing
Dikke fractie Organisch NP mest Bodemverbeteraar
Permeaat (water)
Pilots: Grote mogelijkheden, maar nog niet door Brussel goedgekeurd
Terugwinnen van fosfaten en fosfor Kroos & Algen veevoer
Effluent
Stedelijk afvalwater
RWZI (rioolwaterzuiveringsinstallatie
Mineralenconcentraten
Voorbehandeling (N,K & P)
Landbouw
Dunne fractie
Korte termijn Huishoudelijk afval Slibverbranding (& energiewinning)
Kunstmestindustrie
Fosfaatkunstmest
Source: Schoumans et al., 2012
Biomassacentrale (verbranding & energie productie)
Fosfor (P4)
Productie van secondaire P voor industrie met een bestaande grote internationale markt
Biogas/ WKK/ restwarmte
Natte dikke fractie
Drogen
Lange termijn Droge dikke fractie
Pyrolysecentrale
P-producent
Fosfaataskunstmest
Varkensmest
Export
P-Biochar
Terugwinnen van fosfaten en fosfor Kroos & Algen veevoer
Stedelijk afvalwater
RWZI (rioolwaterzuiveringsinstallatie
Effluent
Mineralenconcentraten
Voorbehandeling (N,K & P)
Landbouw
Dunne fractie
Korte termijn Huishoudelijk afval Slibverbranding (& energiewinning)
Varkensmest
Biomassacentrale (verbranding & energie productie)
Biogas/ WKK/ restwarmte
Natte dikke fractie
Drogen
Lange termijn
Volledige P terugwinning uit mest is nog steeds duur (15 -30 € per ton varkensmest)
Kunstmestindustrie
Fosfaatkunstmest
Source: Schoumans et al., 2012
Droge dikke fractie
Pyrolysecentrale
P-producent
Fosfaataskunstmest
Fosfor (P4)
Productie van secondaire P voor industrie met een bestaande grote internationale markt
Export
P-Biochar
III) Fysisch-chemische behandeling Beperkte P terugwinning uit varkensmest is ook een optie!!! waardoor org. stof behouden blijft voor Ned. landbouwgronden Op korte termijn moet 50% van het P-overschot verwerkt worden: Varkensmest jaarlijks 20-25 miljoen kg P2O5
Via voerspoor al een verlaging: ca. 10 miljoen kg P2O5 Blijft over voor verwerking: 10-15 miljoen kg P2O5 25% (tot max. 50%) van de P uit mest halen Methode fysisch-chemische behandeling: • “Zuur-base benadering”: Ca-fosfaten • “Base - Mg benadering”: Mg-fosfaten Schoumans et al (2014)
Vrijkomen van fosfaat & P terugwinning Aangezuurde varkensmest P concentratie & P winning P concentratie
P winning
Schoumans et al (2014)
Mg - behandeling van de dunne fractie
Slurry P
Without NaOH (pH ~8)
With NaOH (pH ~ 9.5)
Liquid fraction g P kg-1
Mg(OH)2
MgC l2
MgO
Mg(OH)2
MgC l2
MgO
Pig slurry 1 (1000 rpm)
0.91
67
74
73
70
70
76
Pig slurry 2 (screw press)
2.28
94
92
93
92
92
93
Pig slurry 3 (300 rpm)
1.51
90
92
93
90
91
91
Verhoging pH: geen effect op P terugwinning Vorm van Mg toediening maakt niet uit P terugwinning bij pH ~ 8: 67 – 93% Schoumans et al (2014)
Kosten chemicaliën (25% P terugwinning) Acid - Base approach (C a ~ P) € / ton pig slurry Pig slurry 0.33 - 1.32 Pig slurry course fraction 0.34 - 0.69 Pig slurry liquid fraction 0.17 - 6.78
Base - Mg approach (Mg ~ P) € / ton pig slurry Pig slurry liquid fraction (pH 8) 0.23 - 2.08 Pig slurry liquid fraction (pH 9.5) 1.36 - 7.84
Zuur-base benadering: dikke fractie Mg benadering: dunne fractie bij pH 8 Laboratorium: haalbare techniek (proof of principle geslaagd). Kosten chemicaliën relatief laag (< 2 € per ton vdm) , maar 3 monsters getest. Meer monsters testen in het laboratorium en vervolgens testen in praktijk op praktische haalbaarheid & kosten Schoumans et al (2014)
2014: Pilot / Bouw demo-installatie Groot-Zevert Deeltjes flexibele separator
Dunne fractie Verschillende deeltjes grootte
Flexibel precipitatie systeem Zuur additie Filter Ca-base of Mg additie Filter
producten
Fosfaatproduct
Deeltjes met een laag P gehalte Evt. NH4 oplossing
Evt. N-stripper
mest met een aangepast N een P gehalte Benodigde mestsamenstelling voor gewassen Organische stof, N en P
P (en evt. N) aangepaste mest
Terugwinnen van mineralen uit mest • •
Fosfor P: • Ca- & Mg-fosfaatprecipitaten • Veel aandacht voor struviet: NH4 ~ Mg ~fosfaat of K ~ Mg ~fosfaat Stikstof N: • Mineralenconcentraten (geconcentreerde NH4, K oplossingen) • NH4 – struvite • N-strippen en productie van geconc. (NH4)2SO4 – oplossingen
Proof of principle getest in het lab en geslaagd. Terugwinnen van fosfaat is mogelijk: Recovery 80% mogelijk!!! Kosteneffectief: wellicht tot ca. 50% fosfaatterugwinning. Test- en demofaciliteit op komst.
Met eindgebruikers fosfaatproduct optimaliseren tot secundaire grondstof en Mestsamenstelling optimaliseren irt teelten in de regio (hoog OS, laag P en beperkt N)
Conclusies
Mestverwerkingsplicht leidt tot nieuwe ontwikkelingen
‘Nederlandse’ strategie:
Verlaging P gehalte in het voerspoor
Mestscheiding & verhogen efficiëntie (minder uitspoeling)
Mineralenconcentraten (N, K)
Winning P uit mest
Duurzame opties mogelijk voor verwerking mest
Praktijkpilots stadium Verdere synergie opties (technieken / andere reststromen) ?? Dank voor uw aandacht!
Dank u voor uw aandacht
