Zeer efficiënte verwerking van fermentatieresidu
Foto's: Maabjerg Bioenergy, Jens Bach
's Werelds grootste biogasinstallatie werkt met decanters van GEA
Harde cash: een hoog fosfaatgehalte en een hoog methaanpotentieel in de vaste stof
Verwerking van het fermentatieresidu, dat wil zeggen ontwatering, is een essentiële voorwaarde om transport van een groot volume aan water over grote afstanden en met hoge kosten te vermijden. In de verwerking van fermentatieresidu worden verschillende processen gebruikt: filtratie door middel van schroefpersen, bandfilters, trommelfilters, rolpersen of zeven, bezinking met tanks of hydrocyclonen of zelfs centrifugatie met decanters. Al deze processen hebben specifieke voor- en nadelen.
De relatief hogere investeringskosten van de decanter worden meer dan gecompenseerd door de lagere algehele kosten – de totale eigendomskosten. Ook andere economische en procedurele criteria bewijzen de voordelen van de decanter. Het niveau van separatie van fosfaat en stikstof is aanzienlijk groter bij de decanter dan bij andere technologieën. Dit blijkt steeds weer uit benchmarking-tests en onafhankelijk onderzoek.
Dit betekent ook dat er hoge prijzen kunnen worden gevraagd op de kunstmestmarkt voor de geconcentreerde vaste stoffen met hun kostbare fosfaatgehalte. Een andere belangrijke factor is het hoge methaanpotentieel in de gescheiden vaste stoffen. Dit is vooral interessant als de slurry gebruikt moet worden voor verbranding en het genereren van energie.
Maabjerg Bioenergy gebruikt vijf decanters
De voordelen van separatie met decanters worden ook erkend door biogasinstallatie Maabjerg Bioenergy in Holstebro, Denemarken, die herbouwd werd in 2012. Maabjerg Bioenergy is momenteel de grootste biogascentrale ter wereld. Zij werd gebouwd via een samenwerking tussen veehouders, de plaatselijke autoriteiten en warmtecentrales. Enerzijds is de centrale bedoeld voor het verwerken en raffineren van mest uit landbouw; anderszijds is zij bedoeld voor het leveren van warmte en energie voor de steden Holstebro en Struer.
De biomassa-centrale is ontworpen voor het verwerken van zo'n 500.000 ton biomassa per jaar, afkomstig uit de landbouw en voedselindustrie. Hieruit wordt zo'n 20 miljoen kubieke meter biogas gegenereerd met een energie-inhoud van ongeveer 110.000 MWh elektriciteit en ongeveer 100.000 kWh warm water. De kooldioxide-uitstoot wordt hierbij verminderd met 21.600 ton per jaar. Over het geheel zou de equivalente reductie van CO2-uitstoot bij volledig bedrijf rond de 50.000 ton per jaar moeten liggen in de toekomst, ook door de reductie van CO2- en methaanemissies van de landbouwbedrijven. Om de biomassa zo milieuvriendelijk en goedkoop mogelijk naar de centrale te transporteren, heeft Maabjerg plannen voor het aanleggen van een leidingsysteem met radiaal ontwerp over een gebied van 16 kilometer, waarop de grootste leveranciers van biomassa op de centrale aangesloten zullen worden.
Zonder dit toevoersysteem zouden er 50 trucktransporten per dag nodig zijn. Voor de ontwatering van het fermentatieresidu heeft Maabjerg drie UCD 535-decanters en twee UCF 466-decanters van GEA geïnstalleerd. Vanwege het hoge niveau van fosfaat- en stikstofseparatie door de decanters loopt de totale jaarlijkse reductie van overschotten op tot 400 ton stikstof en 450 ton fosfaat. Deze separatie-efficiëntie wordt verkregen zonder gebruik van polymeren. Door het hoge potentieel aan methaan in de gescheiden slurry wordt door het verbranden van de vaste stoffen in een verbrandingsinstallatie 22.000 MWh energie per jaar gegenereerd. Het fosfaat en de stikstof blijven achter in de as, die weer gerecycled kan worden.
Foto: Maabjerg Bioenergy, Jens Bach
Essentiële geometrie
De correcte trommel- en scroll-geometrie zijn essentieel voor het juiste ontwerp van de decanter. Op dit punt kan GEA al haar ervaring inzetten. Door de separatie wordt het fermentatieresidu uit een droge stof ontwaterd van ongeveer vijf tot tien procent tot ongeveer 30 procent. Het fosfaatgehalte in het vloeibare fermentatieresidu bijvoorbeeld, wordt hier geconcentreerd van ongeveer 1,5 kilogram per ton tot tussen de vijf en zeven kilogram per ton in de ontwaterde vaste stoffen, en het stikstofgehalte van rond de vier tot zes kilogram per ton in het vloeibare fermentatieresidu tot ongeveerd acht tot tien kilogram per ton vaste stof. Het transport, dat in sommige regio's wel 500 kilometer kan bedragen, wordt zo veel makkelijker gemaakt, omdat er minder water getransporteerd wordt en er trucks in plaats van tankers gebruikt kunnen worden. De verwerking verlaagt zo de transportkosten en verhoogt het rendement door een hoger fosfaat- en stikstofgehalte en een hoger methaanpotentieel.
Nieuw: Tweefase-separatie
Voor het eerst biedt GEA separatie in twee fasen. In de tweede separatiestap kan tot wel 95 procent – tegen ongeveer 75 procent zonder gebruik van chemicaliën – van het fosfaatgehalte in de vaste stof worden gesepareerd door toevoeging van een kleine hoeveelheid chemicaliën, die de kleinste deeltjes van wateroplosbare fosfaat binden. Deze buitengewoon economische variant is bijzonder interessant in landen en regio's waar een extreem hoog voedingsstoffenoverschot is en dientengevolge hoge exportpercentages van voedingsstoffen, bijvoorbeeld in Turkije of Mexico.
Jarenlange ervaring
GEA kan bogen op haar ervaring met biogasinstallaties sinds 1988. Sindsdien zijn er meer dan 6000 biogasinstallaties van elke denkbare grootte in bedrijf gesteld in Duitsland. Met een groot aantal bouwprojecten hebben Frankrijk, Nederland, Scandinavië en Engeland, evenals Oost-Europa en de Verenigde Staten de vele voordelen van biogasgeneratie nog maar net ontdekt. De decanters van GEA voor het verwerken van het fermentatieresidu genereren outputs van drie tot 100 kubieke meter per uur. Met absoluut geen gebruik van chemicaliën zijn de decanters van GEA, die uitstekend geschikt zijn voor deze toepassing, in staat om een zeer hoog drogestofgehalte van wel 30 procent in de vaste stoffen te garanderen.
