Bedrijfsreportage 3: Biogas Leinfelden-Echterdingen

Batchvergistingssysteem voor droge stromen

Voor het verwerken van de vele droge stromen die in de regio van L-E ter beschikking zijn, werd door de stadsdiensten van  Leinfelden-Echterdingen geopteerd voor een droge vergisting. De nabijgelegen luchthaven van Stuttgart heeft een grote oppervlakte te maaien grasland. Er zijn maaisels uit berm- en natuurbeheer en ook  enkele manèges in de buurt die een oplossing zochten voor hun paardenmest. 12 landbouwers  uit de streek leveren de mais en participeren voor 53% in de vennootschap Biogas Leinfelden-Echterdingen GmbH & Co. KG. 47% van de aandelen behoren tot de stadsdiensten van L-E.

Het Duitse kenniscentrum IBBK/GERBIO (IEE-projectpartner) deed de haalbaarheidsstudie en vervolgens ook het ontwerp en de planning van de installatie.

De installatie werd in 2007 gebouwd door de firma BAL. Ze werd in juni 2008 opgestart en draaide na een half jaar op vollast. 2 van de 12 participerende landbouwers, waaronder onze gastheer, Mr Auchschwarz, exploiteren de installatie.

 De installatie bestaat uit 5 fermenterboxen samen ca 700 m³, een perkolaat-tank van 600m³, een biogasopslag van 300m³ en een SCANIA-dual fuel WKK met 340 kW elektrisch vermogen, en twee sleufsilo’s van 6500m³.

De totale investering bedraagt 2,1 miljoen euro. Dit is inclusief de sleufsilo’s, het warmtenet van 300m naar het nabijgelegen woongebied en de verharding van de toegangsweg.

De installatie verwerkt jaarlijks 6.500 ton biomassa : 3.500 ton maîssilage, 1.500 ton GPS(gehele plant silage van graangewassen), 1.500 ton gras (vers gras en grassilage) en paardenmest

Het vergistingsproces duurt 28 tot 35 dagen. Het inputmateriaal, die zoveel mogelijk reeds werd voorgemengd door in de sleufsilo verschillende substraten in lagen te sileren, wordt gemengd met paardenmest. Elke week wordt 1 box leeggemaakt met de bulldozer. Daarvan wordt 1/3^de van het uitgegiste materiaal gemengd met 2/3^de vers materiaal. Op die manier komen de bacteriën met het vers substraat in contact. Het geheel, zo’n 100 à 120 ton biomassa, blijft één dag op een hoop liggen waar het spontaan begint op te warmen. Daarna wordt het in de garagebox gestapeld met een hoogte van ongeveer 3m.  In de vergisters wordt de biomassa besproeid met een warme vloeistof, het perkolaat. Er dient voldoende structuurmateriaal te zijn zodat het perkolaat kan doorsijpelen tot onder voor recirculatie. Het perkolaat wordt tot 42-43° opgewarmd en is zeer belangrijk om het vergistingsproces goed te doen verlopen. Een batchproces is moeilijk te regelen in die zin dat het proces traag reageert, het vraagt tijd om de juiste bacteriën op te kweken. Houtig materiaal is hier geen nadeel omdat het zorgt voor structuur, naar het einde van het proces zakt de biomassa in elkaar tot ongeveer 2m.

Voor het openen van de deuren, wordt het biogas met een sterke ventilator afgezogen en naar buiten geblazen. Er is continu afzuiging terwijl de box met de bulldozer wordt leeggehaald. Als de fermentor terug gevuld is worden de deuren gasdicht afgesloten door opblaasbare deurlijsten (cfr. fietsbinnenband). Wanneer terug wordt opgestart is het gas van de eerste dag nog onvoldoende van kwaliteit (o.a. teveel zuurstof). Dit  gas wordt verdeeld over de andere boxen.

In deze installatie zijn 5 identieke zeer goed geïsoleerde boxen naast elkaar opgesteld. Doordat elke week een andere box wordt gevoed, blijft de totale biogasproductie op een tamelijk constant niveau.

In de perkolaattank wordt de procesvloeistof (perkolaat) opgewarmd tot 43-44°C en van daar naar de perkolaatbuizen gepompt en periodiek (elk halfuur enkele min.) over de biomassa gesprenkeld. De ronde perkolaattank van 450m³ heeft 10m doorsnede, is 6 m hoog en is afgedekt met een dubbele folie die tegen over –en onderdruk is beveiligd en dienst doet als opslag van biogas. Hierdoor wordt de biogasproductie nog eens gebufferd voor een meer constante werking van de WKK. Andere boxvergisters hebben een gaszak die bovenop de vergisters ligt, onder het dak. Nadeel is dat het gas op deze plaats onvoldoende kan afkoelen. Het volume van het percolaat neemt niet toe en neemt niet af. Er verdwijnt waterdamp via het biogas of via verdamping, maar er wordt ook water vrijgemaakt door afbraak van de biomassa.

Er is gasanalyse in elke box. Aanvankelijk liep het H2S gehalte op tot 4000ppm, wat erg schadelijk is voor de motor. Door luchtinjectie in de gasfase van de boxen wordt de biologische ontzwaveling gestimuleerd  en kon dit gehalte worden verminderd tot quasi nul. Verder is ook water in het gas zeer schadelijk voor de motor. Dit wordt verwijderd door het gas te koelen en het condensaat te verwijderen.

Om de warmte toevoer naar de woningen te verzekeren heeft men gekozen voor een dual-fuel motor. Ze heeft een vermogen van 340kWe. Een dual-fuel motor is een compressie motor die draait op diesel of koolzaadolie en het biogas verbruikt via de luchtinlaat. Wanneer de biogasproductie onvoldoende zou zijn kan men door meer koolzaadolie te injecteren de warmteproductie blijven garanderen. In de praktijk blijkt de biogasopbrengst zoveel hoger en stabieler dan verwacht, dat men opteert om een extra 200kWe biogasmotor (op biogas alleen) te plaatsen. Bij normaal gebruik verbruikt de dual-fuel motor 4,5 liter koolzaadolie per uur en 145m³ biogas per uur. Het elektrisch rendement van deze Scania Schnell ES3407 gaat tot 44%, het thermisch rendement is 41% wat een totaal rendement van 85% geeft.  Per jaar wordt er ca. 2.720 MWH elektriciteit geproduceerd (8.000 vollasturen).

De warmte, ca. 2.100 MWH/jaar, wordt in het overslagstation in het warmtenet van de stadsdiensten Leinfelden-Echterdingen overgedragen

Wanneer een box wordt geledigd in de winter koelt het percolaat in de leidingen af waardoor kristallisatie en struvietvorming (ammonium-magnesiumfosfaat) kan toenemen. Dit probleem leidde vroeger al eens tot het vervangen van de volledige percolaatleiding. Daarom wordt ze nu 2 dagen op voorhand afgesloten en leeggelaten.

Het digestaat wordt niet nagecomposteerd, maar uitgereden op het land met een stalmestspreider. Bij aanvang heeft het mengsel een geschat DS gehalte van 30%. Na 28 tot 35 dagen is dit afgebroken tot 10-11% DS. Wat dus een tamelijk natte fractie is.

Knelpunten voor toepassing in Vlaamse context

• Beperkte afzetmogelijkheid voor digestaat op landbouwgrond -> nacompostering en export
• Extra kosten voor geur- en emissiebestrijding bij voor- en nabewerking ?
• Afvalstatuut van bermgras
• Geen draagvlak voor méér energiegewassen.
• Geen overschot aan paardenmest (-> championsubstraat)

Meer info: http://www.bal-langenau.de/hybrid-technologie.php