Eindproducten
do 9 april 09 (10u46)
Biogas
Tijdens de anaërobe vergisting wordt door de methanogene bacteriën biogas gevormd. Wanneer de vergisting goed werkt bestaat biogas ongeveer uit 60-70% methaan en 30-40% koolstofdioxide. Naast deze hoofdbestanddelen van biogas zijn ook een tweetal procent andere gassen aanwezig zoals waterstofsulfide en ammoniak. Soms zijn ook nog minieme hoeveelheden waterstofgas, stikstofgas en zuurstofgas aanwezig. Meestal zal biogas verzadigd zijn met waterdamp. Biogas kan ingezet worden als een hoogcalorische brandstof.
Samenstelling biogas
| Component | % | |
|---|---|---|
| methaan (CH4) | 45 - 85 | |
| koolstofdioxide (CO2) | 15 - 55 | |
| waterdamp (H2O) | 0 - 10 | |
| stikstofgas (N2) | 0 - 5 | |
| zuurstof (O2) | 0 - 2 | |
| waterstofgas (H2) | 0 - 1 | |
| ammoniak (NH3) | 0 - 1 | |
| waterstofsulfide (H2S) | 0 - 1 |
Energie uit biogas
Per kg anaëroob afbreekbare organische stof kan gemiddeld ongeveer 500 liter biogas geproduceerd worden. Biogas bestaat hoofdzakelijk uit koolstofdioxide (CO2) en methaangas (CH4). Gemiddeld bedraagt het percentage methaan zo'n 65 vol%. Afhankelijk van de voeding en de procesvoering kan deze waarde variëren van 45 tot 85 vol%. Koolstofdioxide is niet brandbaar, het gas draagt dus niet bij tot de verbrandingswarmte van het biogas. De verbrandingswarmte van het biogas hangt dus voor het grootste deel af van het methaangehalte.
Methaan heeft een calorische waarde van 35,8 MJ/Nm³. Gemiddeld wordt er voor biogas zo'n 25 MJ/Nm³ gerekend. Ter vergelijking heeft aardgas een verbrandingswaarde van 30 MJ/Nm³, stookolie 42 MJ/kg en propaangas 45 MJ/Nm³.
Gebruik van het biogas
De laag calorische warmte komt voor onder de vorm van opgewarmd koelwater van de motor. De hoog calorische warmte wordt teruggewonnen uit de uitlaatgassen van de motor. Naargelang het concept is een deel van de warmte en de elektriciteit benodigd voor het vergistingsproces zelf. Hoe ingewikkelder het proces (scheiden, drogen, indampen,...), hoe meer energie ervoor nodig is. Eenvoudige processen benutten maximaal een tiental procent van de eigen energieproductie.
Enkele voorbeelden:
- Een slachthuis dat bijvoorbeeld een deel slachtafval vergist met een biogaspotentieel van 250 Nm³/ton afval, kan zo'n 500 kWhel/ton aan elektrische energie recupereren. Indien b.v.b. 7 ton per dag wordt verwerkt is dit een potentiële elektriciteitsproductie van 3500 kWhel per dag. Stel dat de elektriciteit aan 10 eurocent/kWhel (4 BF/kWhel) wordt verkocht, is dit een dagelijkse opbrengst van 350 euro/dag of 87.500 euro per jaar, en dit voor een dergelijke kleine installatie. Als surplus is er nog de mogelijkheid om een deel van de warmte te benutten in het productieproces. Benutten van de warmte is beter dan deze afblazen, want dat kost ook weer energie.
- Een grote installatie zoals deze van Ribe (Dk) die gemiddeld 119.000 ton mest en 43.000 ton OBA per jaar vergist (samen zo'n 444 ton/dag), produceert dagelijks zo'n 13.000 Nm³ biogas. Dit komt overeen met zo'n 26.000 kWhel of 2.600 euro per dag. De warmte wordt intergraal benut via een verdelingssysteem van warmwaterleidingen in de stad.
Biogaszuivering
Welke componenten uit het biogas moeten verwijderd worden hangt af van de toepassing van het gas:
- Voor gebruik van biogas in boilers is het aan te raden door ontzwaveling de H2S-concentratie onder de 1000 ppm te krijgen. Dit is vooral omdat H2S in combinatie met water sterk corrosief werkt. Het is ook aan te raden om het water (bvb. door condensatie) uit het biogas te verwijderen, alhoewel dit geen noodzakelijke voorwaarde is. Verwijdering van de koolstofdioxide is niet nodig.
- Het biogas gebruikt in gas- of dieselmotoren moet ongeveer aan dezelfde voorwaarden voldoen als gas voor boilers. Alleen is het hier nog belangrijker de H2S-concentratie zo laag mogelijk te houden. (zeker onder de 1000 ppm)
- Wanneer men biogas wil gebruiken als voertuigbrandstof of om aan het aardgasnet te leveren, dan moeten koolstofdioxide, waterstofsulfide, ammoniak en water zeker verwijderd worden. Verder is een minimum van 95% methaan in het biogas noodzakelijk.
Ontzwavelen kan met volgende technieken:
- FeCl3 doseren in de vergistingstank (vorming van ijzersulfide)
- biologische verwijdering met behulp van een vastbed
- lucht toevoegen aan het biogas (vorming van natuurlijk zwavel)
- met behulp van ijzeroxide pellets of ijzerkrullen (vorming van ijzersulfide)
- met geïmpregneerde actief kool (vorming van zwavel en water)
- fysische absorptie in water door scrubbing
- chemische absorptie door scrubbing in NaOH
- luchtstripping en terugwinning
Verwijdering van CO2 kan met volgende technieken:
- Adsorptie in water
- Absorptie in polyethyleenglycol
- Moleculaire zeven
- Membraantechnologie
Digestaat
Wat is digestaat
Zoals reeds eerder besproken blijft na de anaërobe vergisting in de reactor een nat eindproduct over dat digestaat genoemd wordt. Op dit moment kan digestaat volgens Vlarea geen gebruikerscertificaat krijgen, maar dit zal veranderen wanneer het nieuwe Vlarea (waarschijnlijk tegen eind 2002) van kracht wordt. Algemeen gesteld kan digestaat omschreven worden als een product van gemiddeld 5-20% droge stof dat zowel vrijgestelde nutriënten als stabiele organische stof bevat.
Digestaat bevat ongeveer 60-80% ammoniumstikstof. De overige stikstof zit organisch gebonden. Digestaat bevat dus zowel makkelijk beschikbare stikstof als traag vrijkomende stikstof. Het meest wordt digestaat gebruikt in de lente als basisbemesting vóór het zaaien of planten van de gewassen.
Voor meer informatie over digestaten: zie samenvatting van rapport omtrent digestaten [pdf] .
Nabehandeling van digestaten
Dikwijls worden digestaten in hun natte vorm op het land gebruikt als meststof-bodemverbeteraar. Zo wordt digestaat in landen zoals Denemarken en Duitsland in de natte vorm als meststof gebruikt. Dit levert telkens een eenvoudig, robuust en goedkoop proces op. In sommige gevallen worden digestaten echter nog nabehandeld en op die manier omgezet tot andere producten.
Een eerste stap is meestal het scheiden van het digestaat in een dikke en een dunne fractie. Dit gebeurt dan bvb. met een centrifuge of een vijzelpers. Veelal moet voor een betere ontwatering van het digestaat gebruikt gemaakt worden van dure chemicaliën (polyelectrolieten). De nutriënten verdelen zich niet gelijk over beide fracties na scheiding: de fosfaten gaan voor het grootste deel naar de dikke fractie en de stikstof en kalium zijn grotendeels terug te vinden in de dunne fractie. Alnaargelang de stromen die vergist worden zal de ontwaterbaarheid van het digestaat makkelijker of moeilijker verlopen. Algemeen kan men stellen dat de ontwaterbaarheid beter gaat naarmate meer vezelrijk materiaal als input gebruikt wordt.
Dikke fractie
Voor de dikke fractie van het digestaat bestaan dan verschillende mogelijkheden. Een eerste mogelijkheid is dat de dikke fractie nagecomposteerd wordt. Aangezien de dikke fractie van het digestaat doorgaans weinig structuurmateriaal bevat, dient nog extra structuurmateriaal toegevoegd te worden. Scheiding en nacompostering van digestaat wordt veel toegepast bij vergistingsinstallaties voor groente-, fruit- en tuinafval (GFT).
Een andere mogelijkheid is dat de dikke fractie van het digestaat gedroogd wordt en eventueel geperst wordt tot een mestkorrel. De kostprijs voor dit energieverslindend proces dient bekeken te worden en ingecalculeerd te worden in de totale verwerkingsprijs die de vergistingsinstallatie hanteert.
Dunne fractie
Voor de dunne fractie die men bekomt na scheiding van het digestaat bestaan ook verschillende mogelijkheden.
Een eerste mogelijkheid is dat de dunne fractie naar een waterzuivering gaat. Daarbij moet opgemerkt worden dat de dunne fractie doorgaans zwaar beladen zal zijn met stikstof. Vooraleer de dunne fractie naar de waterzuivering gaat kan ze evenwel over een striptoren geleid worden om de ammoniakale stikstof te verwijderen. De waterzuivering kan een biologische zuivering zijn (SBR), maar ook bvb. een fysische zuivering met membraanfilters waarbij het water gescheiden wordt van de voornaamste nutriënten en op die manier 'zuiver' (lees loosbaar) water oplevert en 1 of meerdere concentraten. Op te merken bij fysische scheiding is dat er zeker voor moet gezorgd worden dat de dunne fractie zo goed mogelijk vrij is van vaste deeltjes, dit om dichtslibben van membranen te voorkomen.
Wanneer de dunne fractie niet naar een waterzuivering gaat kan ook gekozen worden voor indamping. Na indamping van de dunne fractie blijven dan alleen minerale residu's over. Zuivering van de dunne fractie via waterzuivering vraagt altijd veel energie (beluchten, hoge drukken, verdamping,...). Dit alles vertaalt zich onherroepelijk naar een meer nadelige milieubalans en een hogere verwerkingsprijs.
Eindverwerking
Wanneer niet gestreefd wordt naar afzetbare producten in de landbouw kan ook naar een totaalverwerking van de eindproducten gegaan worden. Dit is dan bvb. verbranding of pyrolyse.
De mate waarin het digestaat zal nabehandeld worden hangt van vele factoren af. Ten eerste kan het zijn dat geen afzetmarkt voorhanden is voor de vorm waarin het eindproduct zich op dat moment bevindt. Dan moet noodgedwongen nog een verdere nabehandeling gebeuren.
Een andere en misschien wel de belangrijkste factor is de totale kostprijs om het inputmateriaal via vergisting en nabehandeling naar een afzetbaar materiaal om te zetten. Daar kan de nabehandeling een sterke kostenverhogende factor zijn, waardoor de verwerkingsprijs onhaalbaar hoog zou kunnen worden.
Een laatste aandachtspunt is ook de technische haalbaarheid van bepaalde technologieën. Niet alle technologieën blijken altijd even goed te werken als beloofd werd... De technische problemen die hiermee gepaard gaan, verhogen de kosten vaak enorm. In Zweden doet men momenteel veel onderzoek naar nabehandeling van digestaten waarbij men ook aandacht zal besteden aan de kostprijs van de nabehandeling.
