Vergisten van gras, opzetten en evalueren van een praktijktest gebruik makend van een

Transcriptie

1 Verspreiding: Beperkt Eindrapport Vergisten van gras, opzetten en evalueren van een praktijktest gebruik makend van een extruder in de voorbehandeling N. Devriendt, B. Lemmens, L. Jespers, R. Guisson Studie uitgevoerd in opdracht van: OC-ANB September 2012

2 Alle rechten, waaronder het auteursrecht, op de informatie vermeld in dit document berusten bij de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek NV ( VITO ), Boeretang 200, BE-2400 Mol, RPR Turnhout BTW BE De informatie zoals verstrekt in dit document is vertrouwelijke informatie van VITO. Zonder de voorafgaande schriftelijke toestemming van VITO mag dit document niet worden gereproduceerd of verspreid worden noch geheel of gedeeltelijk gebruikt worden voor het instellen van claims, voor het voeren van gerechtelijke procedures, voor reclame of antireclame en ten behoeve van werving in meer algemene zin aangewend worden

3 Verspreidingslijst VERSPREIDINGSLIJST Willy Verbeke Wouter Van Lerberghe Patrick Christiaens Nathalie Devriendt Bert Lemmens Luc Jespers Ruben Guisson OC ANB OC ANB EcoProjects VITO VITO VITO VITO I

4 Samenvatting SAMENVATTING Grasmaaisel zowel van natuurgebieden als van bermen is een biomassastroom die in Vlaanderen nog onderbenut blijft. Tot voor kort werd maaisel eerder gezien als een afvalproduct waar een oplossing diende voor gezocht te worden. Echter met de doelstellingen voor hernieuwbare energie en de grote rol die biomassa in Vlaanderen hierin speelt, is er een nieuwe interesse voor maaisel als biomassa voor energietoepassingen. Een mogelijke energietoepassing van maaisel is het gebruik in een vergister waar het kan bijdragen aan de productie van biogas. Grasmaaisel heeft echter een aantal nadelen ten opzichte van andere meer voor de hand liggende biomassastromen die als inputmateriaal voor een vergister worden gebruikt. De structuur van maaisel is vezelachtig (drijflagen, moeilijk mengen) en maaisel bestaat uit een goed afbreekbare fractie cellulose en een moeilijker afbreekbare fractie lignine. Het vinden van een geschikte voorbehandeling is dus essentieel. Een mogelijke voorbehandeling is het grasmaaisel door een extruder te laten behandelen om zo de nadelen van maaisel weg te werken. De extruder zorgt voor het fysisch breken van de vezels waardoor de vezels minder problemen kunnen veroorzaken in de vergister (schade aan roerwerken, vijzels, etc.) en het vernietigen van de celstructuur waardoor de gemakkelijk vergistbare cellulose beter toegankelijk wordt gemaakt tussen de moeilijk vergistbare lignine. Door het wegwerken van deze nadelen door middel van voorbehandeling, wordt verondersteld dat dit kan zorgen voor een verhoogde biogasopbrengst. Het project Graskracht wil de omzetting van grasmaaisel naar energie in Vlaanderen bevorderen. De onderzoeksopdracht zoals in dit rapport beschreven, is een onderdeel van het project Graskracht. De opdrachtgever van deze studie, OC-ANB, wenste de impact van een extruder als voorbehandelingstechniek na te gaan. Voor deze onderzoeksopdracht werden praktijktesten op natuurmaaisel uitgevoerd om meer informatie en duidelijkheid te geven over het potentieel van maaisel als input voor vergisters en de bijdrage van maaisel aan de productie van biogas. Het doel van de opdracht bestond uit volgende praktijktesten: 1. Het uitvoeren van een duurtest met natuurmaaisel (zowel ingekuild maaisel als vers maaisel) op een extruder. 2. Het uitvoeren van 6 batchtesten op laboschaal met natuurmaaisel om het biogaspotentieel van de verschillend behandelde soorten maaisel te kennen. Er waren heel wat verwachtingen naar het gebruik van een extruder als voorbehandeling voor het gebruik van grasmaaisel als grondstof voor een vergister. Samengevat waren de verwachtingen voor een extruder als voorbehandelingsstap: - verhoogde biogasopbrengst; - kortere verblijftijd; - betere roerbaarheid in de vergister; - geen drijflaagvorming; - Geen andere verhakselkosten meer; - hogere investeringskost; - hogere werkingskost; - hoger energieverbruik; - relatief trage werking. II

5 Samenvatting De uitgevoerde experimenten zijn op natuurmaaisel uitgevoerd zodat enkel hierover uitsluitsel kan worden gegeven. Voor bermmaaisel zullen de kosten en uitdagingen groter zijn omwille van de stoorstoffen die aanwezig kunnen zijn. Tijdens dit experiment werden heel wat van de aspecten bestudeerd. Volgende besluiten kunnen worden genomen: - Verhoogde biogasopbrengst Er is enkel een duidelijk hogere biogasopbrengst vastgesteld bij kuilgras. De hogere gasopbrengst van het vers gras per ton input was voornamelijk te wijten aan het droogeffect van de extruder zodat na de extruder een hoger drogestofgehalte aanwezig is. Per ton organisch materiaal is het verschil beperkt. - Kortere verblijftijd Uit de gasanalyses blijkt dat de vergisting potentieel 4 18 dagen korter kan lopen. De labotests van het vers geëxtrudeerd maaisel vertoonden namelijk een tijdelijke vermindering van de gasopbrengst die te wijten is aan remming van de gasopbrengst door makkelijk omzetbare componenten van de organische stof. Door een goede menging in een full scale vergister kan dit vermeden worden. - Betere roerbaarheid in de vergister De roertests tonen aan dat het roergedrag van het geëxtrudeerde materiaal beter is dan van het gras zelf. Het gras blijft in proppen aan elkaar hangen. Het geëxtrudeerde materiaal is fijner en roert makkelijker. Bij 10 % geëxtrudeerd gras werd een duidelijke bezinklaag van organisch materiaal waargenomen. - Geen drijflaagvorming Het geëxtrudeerde gras gaat inderdaad meer een bezinkgedrag vertonen dan een drijfgedrag. Het is ook makkelijker in suspensie te houden. - Geen andere verhakselkosten meer In de praktijk is geen verschil gezien in werking van de extruder tussen verhakseld en niet verhakseld gras. De hakselstap kan dus potentieel vermeden worden. Indien niet wordt geëxtrudeerd, moet het gras minimaal goed verhakseld worden om verstopping van aanen afvoerpijpen van de vergister te vermijden alsook de roerbaarheid te vergroten. - Hogere investeringskost De investeringskosten voor de extruder bedraagt EUR. Hierbovenop komt nog % meerkost voor de randapparatuur die nodig is voor de aan en afvoer van het gras. Deze kost is in deze analyse niet ingerekend. - Hogere werkingskost De werkingskosten zijn duidelijk hoger, maar de verwerkbaarheid in de vergister is eveneens beter. De vraag moet gesteld worden of deze voorbehandeling moet worden gezien als methode om extra gasopbrengst te krijgen of als technisch noodzakelijk om vergisting van gras op een betrouwbare manier mogelijk te maken. - Hoger energieverbruik Extrusie is een energie-intensief proces. De tests geven aan dat het verbruik van de extruder bij vers maaisel hoger is dan de extra biogasopbrengst die men hierdoor krijgt. Bij oud kuilgras is er een netto opbrengst aan energie. - Relatief trage werking De doorzet van de extruder is sterk afhankelijk van het vochtgehalte van het gras. Droog kuilgras of droog vers gras kan slechts aan een traag debiet gëextrudeerd worden. Natter maaisel kan dan weer aan een hoger debiet doorgezet worden. Gezien de sterke variatie in functie van het Belgische weer moet hiervoor in een goede geautomatiseerde werking geïnvesteerd worden. III

6 Samenvatting Hakselen versus extruderen: - Om gras in een vergister te brengen moet dit minstens gehakseld worden om verstoppingen te vermijden. De ervaring leert dat bij aanwezigheid van vezels (grassen) de kans op verstopping veel groter wordt door brugvorming aan kleppen, openingen, vernauwingen, oneffenheden aan wanden, Deze brugvorming kan op termijn de buizen verstoppen. Het gehakseld gras zal ook voor een moeilijker mengbaar viskeus mengsel zorgen. Speciale menging voor viskeuze stromen is hier vereist. Gehakseld gras kan dus vergist worden mits de nodige voorzorgen worden genomen; - Het geëxtrudeerd gras vergist snel en is makkelijker mengbaar. Het zou dus potentieel ingezet kunnen worden in vergisters die voor OBA-stromen zijn ontworpen. Technisch geeft de extrusie een duidelijk voordeel. Verder zijn tijdens het uitvoeren van het experiment nog volgende aandachtspunten aan het licht gekomen: - Het is zeer belangrijk om de nodige aandacht te schenken aan een automatische aan- en afvoer van het materiaal van en naar de extruder. Dit zal nog een belangrijk deel van de investeringskost en energiekost uitmaken en zal ook bepalen hoe arbeidsintensief het hele proces al of niet kan verlopen; - De aard van het materiaal bepaalt in hoge mate mee de biogasopbrengst, niet enkel het al of niet extruderen van het maaisel; - De bewaring van het materiaal heeft een zeer belangrijk effect. Het Nederlandse gras toont dit goed aan. Niet ideale bewaring gedurende 5 dagen geeft een zeer negatief effect. De tijd tussen maaien en inkuilen alsook tussen uitkuilen, extruderen en inbreng in de vergister moet zo kort mogelijk worden gehouden. Uit de economische analyse blijkt dat de totale verwerkingskost van de extruder 7,1-8,8 EUR per ton (excl. randapparatuur) bedraagt. Deze kost is meer dan de inkomsten via de extra gasopbrengst. De extra inkomsten via extrusie bedragen 0 0,7 EUR per ton bij vers gras en 5,3-5,8 EUR per ton bij kuilgras. De kost van extrusie bedraagt % van de totale opbrengst van grijze stroom en groenestroomcertificaten uit de vergisting van gras. We besluiten dat de extrusie van gras voor vergisting op zich geen sluitend economisch verhaal is. Vanuit de voordelen op technisch en operationeel vlak kan extrusie wel een interessante oplossing zijn gezien maaisel nu moeilijk vergistbaar is. IV

7 Inhoud INHOUD Verspreidingslijst I Samenvatting II Inhoud V Lijst van tabellen VI Lijst van figuren VII HOOFDSTUK 1. Inleiding 1 HOOFDSTUK 2. Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Grasmaaisel: oorsprong en aanvoer Ingekuild maaisel Vers natuurmaaisel Extruder: type en opstelling Labotesten: opstelling en gevolgde methode 18 HOOFDSTUK 3. Resultaat beschrijving en analyse Labo batchtesten Ingekuild maaisel niet gehakseld vers maaisel gehakseld vers maaisel Nederlands vers maaisel Bespreking labo batch testen Besluit van de labo batch testen Elektriciteitsmetingen van de extruder Kostprijsanalyse Praktijkervaring Grasmaaisel als te verwerken grondstof Extruder Aan- en afvoer materiaal naar extruder 45 HOOFDSTUK 4. Besluit Algemene besluiten Vragen voor verder onderzoek 47 Bijlage A: Laboverslagen batchtesten 50 V

8 Lijst van tabellen LIJST VAN TABELLEN Tabel 1: Karakteristieken extruder 12 Tabel 2: Labotests te plaatse 23 Tabel 3: Roergedrag stalen 23 Tabel 4: Foto s van het experiment 24 Tabel 5: Labotests te plaatse 27 Tabel 6: roergedrag stalen 27 Tabel 7: Foto s van het experiment 28 Tabel 8: Labotests te plaatse 30 Tabel 9: roergedrag stalen 30 Tabel 10: Foto s van het experiment 31 Tabel 11: Overzicht chemische parameters van de stalen 34 Tabel 12: Extra gasopbrengst door extrusie 36 Tabel 13: Draaiuren en elektrisch verbruik van de extruder 39 Tabel 14: Specifiek verbruik van de extruder 39 Tabel 15: Opbrengst uit grasvergisting 39 Tabel 16: Extra verbruik van de extruder gerelateerd aan de spreiding van de biogasopbrengst van het gras 40 Tabel 17: Berekening van de totale verwerkingskost 41 Tabel 18: Extra opbrengsten voor kuilgras 42 Tabel 19: Extra opbrengst voor vers gras 42 Tabel 20: Variatie in totale opbrengsten uit elektriciteit 43 Tabel 21: Kosten van de extruder gerelateerd de elektriciteitopbrengst van het gras 43 Tabel 22: Aangeleverd gras dat door de extruder verwerkt is 43 VI

9 Lijst van figuren LIJST VAN FIGUREN Figuur 1: Opslag ter plaatse bij vergister Goemaere (Diksmuide) van de 3 soorten natuurmaaisel getest op de extruder: v.l.n.r. vers verhakseld natuurmaaisel, vers niet-verhakseld natuurmaaisel, verhakseld ingekuild natuurmaaisel 4 Figuur 2: Ingekuild natuurmaaisel 2 jaar oud, opslag ter plaatse bij vergister Goemaere (Diksmuide) 5 Figuur 3: Aanvoer van natuurmaaisel bij landbouwer Geert Rabaey te Ichtegem Figuur 4: Verhakselen van natuurmaaisel te Ichtegem Figuur 5: Verhakselen van natuurmaaisel te Ichtegem Figuur 6: Opbouwen en aanduwen van kuilen te Ichtegem Figuur 7: Niet-verhakseld vers natuurmaaisel, tijdelijk opgeslagen bij Goemaere vergister (Diksmuide) 9 Figuur 8: Niet- verhakseld vers natuurmaaisel, tijdelijk opgeslagen bij Goemaere vergister (Diksmuide) 10 Figuur 9: Verhakselaar ter plaatse bij Goemare vergister (Diksmuide) om het vers natuurmaaisel te verhakselen 11 Figuur 11: Verhakselaar ter plaatse bij Goemaere vergister in actie met als input vers natuurmaaisel (links achter foto) en als output vers verhakseld natuurmaaisel (links vooraan foto) 11 Figuur 12: Levering van de extruder ter plaatse bij Goemaere vergister, rode korf voor voeding bovenaan extruder, links afvoer van geëxtrudeerd materiaal 13 Figuur 13: Centrum van de extruder: 2 roterende vijzels 13 Figuur 14: Zijdelingse afvoer van het geëxtrudeerde materiaal 14 Figuur 15: Opstelling extruder met aanvoer en afvoer transportband ter plaatse bij Goemaere vergister 15 Figuur 16: Afvoertransportband nageschakeld aan extruder ter plaatse bij Goemaere vergister (Diksmuide) 16 Figuur 17: Uitdraaibak op verreiker gebruikt om transportband te voeden 17 Figuur 18: Plaatsing van elektriciteitsmeter op voedingskabel extruder en aanvoertransportband 18 Figuur 19: Staalname van het verse verhakselde maaisel 19 Figuur 20: Conductiviteitsmetingen en ph-metingen ter plaatse bij vergister Goemaere 19 Figuur 21: Biogasopbrengst van ingekuild gras 22 Figuur 22: Biogasopbrengst van ingekuild gras per ton ODS 22 Figuur 23: Biogasopbrengst van niet gehakseld gras 25 Figuur 24: Biogasopbrengst van niet gehakseld gras per ton ODS 26 Figuur 25: Biogasopbrengst van gehakseld gras 29 Figuur 26: Biogasopbrengst van gehakseld gras per ton ODS 29 Figuur 27: Biogasopbrengst van Nederlands gras 32 Figuur 28: Biogasopbrengst van Nederlands gras per ton ODS 32 Figuur 29: Biogasopbrengst ifv de tijd en per ton gras 35 Figuur 30: Biogasopbrengst ifv de tijd en per ton organische droge stof 36 Figuur 31: Structuur van het geëxtrudeerde verse natuurmaaisel 45 VII

10

11 HOOFDSTUK 1 Inleiding HOOFDSTUK 1. INLEIDING Grasmaaisel zowel van natuurgebieden als van bermen is een biomassastroom die in Vlaanderen nog onderbenut blijft. Tot voor kort werd maaisel eerder gezien als een afvalproduct waar een oplossing diende voor gezocht te worden. Echter met de doelstellingen voor hernieuwbare energie en de grote rol die biomassa in Vlaanderen hierin speelt, is er een nieuwe interesse voor maaisel als biomassa voor energietoepassingen. Een mogelijke energietoepassing van maaisel is het gebruik in een vergister waar het kan bijdragen aan de productie van biogas. Grasmaaisel heeft echter een aantal nadelen ten opzichte van andere meer voor de hand liggende biomassastromen die als inputmateriaal voor een vergister worden gebruikt. Maaisel bestaat uit een goed afbreekbare cellulose fractie maar ook een moeilijker afbreekbare lignine fractie, die het maaisel zijn vezelachtige structuur geeft. Dit geeft aanleiding tot vorming van drijflagen en verhoogde viscositeit van de inputstroom. Het vinden van een geschikte voorbehandeling is dus essentieel. Een mogelijke voorbehandeling is het grasmaaisel door een extruder te laten behandelen om zo de nadelen van maaisel weg te werken: de extruder zorgt voor het fysisch breken van de vezels waardoor de vezels minder problemen kunnen veroorzaken in de vergister (schade aan roerwerken, vijzels, etc.). Hierbij wordt door het vernietigen van de celstructuur de gemakkelijk vergistbare cellulose beter toegankelijk gemaakt voor vergisting. Door het wegwerken van deze nadelen door middel van voorbehandeling, wordt verondersteld dat dit een verhoogde biogasopbrengst kan teweeg brengen. Het project Graskracht wil de omzetting van grasmaaisel naar energie in Vlaanderen bevorderen. De onderzoeksopdracht zoals in dit rapport beschreven, is een onderdeel van het project Graskracht. De opdrachtgever van deze studie, OC-ANB, wenste de impact van een extruder als voorbehandelingstechniek na te gaan. Voor deze onderzoeksopdracht werden praktijktesten op natuurmaaisel uitgevoerd om meer informatie en duidelijkheid te geven over het potentieel van maaisel als input voor vergisters en de bijdrage van maaisel aan de productie van biogas. Het doel van de opdracht bestond uit volgende praktijktesten: 1. Het uitvoeren van een duurtest met natuurmaaisel (zowel ingekuild maaisel als vers maaisel) op een extruder; 2. Het uitvoeren van 6 batchtesten op laboschaal met natuurmaaisel om het biogaspotentieel van de verschillend behandelde soorten maaisel te kennen. De resultaten van deze testen werden geanalyseerd en zijn weergegeven in dit rapport. De analyse en rapportering hebben als doel om: 1. Een inzicht te krijgen in het mogelijke extra potentieel aan biogas dat door voorbehandeling van het maaisel kan bekomen worden; 2. Na te gaan of de gekozen extruder geschikt is om Vlaams natuurmaaisel te bewerken; 1

12 HOOFDSTUK 1 Inleiding 3. Na te gaan hoeveel extra energie het voorbehandelen met extruder vereist; 4. De voor- en nadelen van het gebruik van een extruder na te gaan in het geheel van het vergistingsproces. In dit rapport worden de experimenten en bijbehorende analyses die in deze opdracht uitgevoerd werden beschreven en wordt nagegaan of de bovenstaande theses kunnen onderbouwd worden. 2

13 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode HOOFDSTUK 2. BESCHRIJVING VAN DE PROEFOPSTELLING EN GEVOLGDE METHODE Doel van dit hoofdstuk is een volledige beschrijving te geven van de proefopstelling en de gevolgde methode tijdens het experiment. Zowel de oorsprong als aanvoer van het grasmaaisel, de opstelling van de extruder als de laboproeven worden in onderstaand hoofdstuk meer in detail toegelicht GRASMAAISEL: OORSPRONG EN AANVOER Grasmaaisel kan zowel afkomstig zijn van: - Natuurgebieden; - Bermbeheer; - Geteelde oorsprong. Het grasmaaisel dat gebruikt werd in dit experiment was afkomstig van natuurgebieden. In dit experiment zijn geen testen uitgevoerd met bermmaaisel en zijn specifieke problematiek rond mogelijke vervuiling. Het grasmaaisel dat zowel voor het ingekuilde maaisel als voor het verse maaisel gebruikt is, is afkomstig van ANB West-Vlaanderen. Algemeen kan gesteld worden dat het ongeveer samengesteld is uit 3 grote fracties: 1/3 van gronden die geklepeld worden; 1/3 van zeer diverse oorsprong o.a. met veel houtachtig materiaal; 1/3 van gras van waterkanten: is zeer vergelijkbaar met landbouwgras en van goede kwaliteit. Grasmaaisel van natuurgebieden kan slechts op bepaalde tijdstippen gedurende het jaar gemaaid worden en komt vrij in pieken. Een opslagmethode voor het grasmaaisel is bijgevolg nodig om grasmaaisel gedurende heel het jaar voor handen te hebben. Een methode die gebruikt wordt is het verhakselen en inkuilen van grasmaaisel. Het zoeken naar de meest geschikte opslagmethode van natuurmaaisel behoorde niet tot het doel van deze opdracht. Wel zijn er testen gebeurd zowel op vers natuurmaaisel als op ingekuild natuurmaaisel om de impact van de voorbehandeling met de extruder op beide stromen na te gaan. Naast de invloed van inkuilen werd ook nagegaan wat het verschil is tussen het voorbehandelen van het grasmaaisel met een extruder en de klassieke voorbehandeling van verhakselen. 3

14 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 1: Opslag ter plaatse bij vergister Goemaere (Diksmuide) van de 3 soorten natuurmaaisel getest op de extruder: v.l.n.r. vers verhakseld natuurmaaisel, vers niet-verhakseld natuurmaaisel, verhakseld ingekuild natuurmaaisel INGEKUILD MAAISEL Voor het ingekuilde maaisel is gebruik gemaakt van natuurmaaisel dat 2 jaar geleden als proefproject in Ichtegem werd verhakseld en gedroogd. 4

15 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 2: Ingekuild natuurmaaisel 2 jaar oud, opslag ter plaatse bij vergister Goemaere (Diksmuide) In Ichtegem werd indertijd natuurmaaisel van het grondgebied ANB West-Vlaanderen aangevoerd op het terrein van landbouwer Geert Rabaey. Het grasmaaisel werd ter plaatse verhakseld en in kuilen aangelegd en aangereden, waarna ze luchtdicht afgesloten werden met plastic zeilen. In totaal werden een viertal kuilen op deze manier opgebouwd. Dit verhakselen en inkuilen van het natuurmaaisel waren voor de heer Rabaey en de loonwerker de eerste ervaringen met natuurmaaisel. Tijdens dit proces werd veel bijgeleerd rond praktijkervaring. Zo zijn de kuilen van verschillende kwaliteit en zijn de laatste kuilen beter van kwaliteit omdat er strikter gekeken werd naar het inputmateriaal en ervaring had geleerd dat niet alle natuurmaaisel inkuilbaar is. Volgende foto s geven een beeld van het proces van het inkuilen bij landbouwer Geert Rabaey. 5

16 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 3: Aanvoer van natuurmaaisel bij landbouwer Geert Rabaey te Ichtegem

17 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 4: Verhakselen van natuurmaaisel te Ichtegem 2010 Figuur 5: Verhakselen van natuurmaaisel te Ichtegem

18 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 6: Opbouwen en aanduwen van kuilen te Ichtegem 2010 In totaal werd voor dit experiment 38 ton ingekuild maaisel gebruikt. Op 29 mei werd 12,22 ton geleverd, op 28 juni werd 25,76 ton geleverd VERS NATUURMAAISEL Vers natuurmaaisel werd voor dit experiment aangevoerd door ANB West-Vlaanderen. Het verse natuurmaaisel werd niet verhakseld aangevoerd en was afkomstig van hooilandbeheer op de overgang van duin-poldergebied. Het werd gemaaid met de maaibalk en opgeraapt met een opraapkar. Het maaisel had enkele dagen gedroogd op het terrein. De voornaamste soorten die in het natuurmaaisel aanwezig waren, zijn Gewone witbol, Kweek, Glanshaver, Brandnetel. Voor het experiment werden 3 vrachten vers natuurmaaisel aangevoerd: op 13 juni 2012 werd een vracht van 27,32 ton aangeleverd, op 21 juni 2012 werd een vracht van 17,28 ton aangeleverd en op 4 juli 2012 werd een vracht van 9,52 ton aangeleverd. Het vers natuurmaaisel werd op 2 verschillende manieren gevoed aan de extruder: niet-verhakseld en verhakseld. 8

19 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 7: Niet-verhakseld vers natuurmaaisel, tijdelijk opgeslagen bij Goemaere vergister (Diksmuide) 9

20 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 8: Niet- verhakseld vers natuurmaaisel, tijdelijk opgeslagen bij Goemaere vergister (Diksmuide) Om het verschil in voorbehandeling te testen, werd door OC-ANB ook gevraagd om het verse maaisel te verhakselen en extruderen. Eenzelfde type verhakselaar die het ingekuilde natuurmaaisel in 2010 had verhakseld (op 4-6 cm), is opnieuw ter plaatse gekomen op de site van de vergister en heeft het natuurmaaisel ter plaatse verhakseld. Het verhakselen kan gebeuren aan een tempo van 28 ton per uur/per anderhalf uur indien voldoende ruimte aanwezig is om het natuurmaaisel uit te spreiden. Op de site heeft de verhakselaar deze omzet niet kunnen draaien vanwege de beperkte ruimte om het maaisel uit te spreiden. Op 2,5 u heeft de verhakselaar ter plaatse circa 18 ton verhakseld (2/3 van de geleverde 28 ton vers maaisel). 10

21 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 9: Verhakselaar ter plaatse bij Goemare vergister (Diksmuide) om het vers natuurmaaisel te verhakselen Figuur 10: Verhakselaar ter plaatse bij Goemaere vergister in actie met als input vers natuurmaaisel (links achter foto) en als output vers verhakseld natuurmaaisel (links vooraan foto) 11

22 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode 2.2. EXTRUDER: TYPE EN OPSTELLING De extruder werd gehuurd bij de firma Bioliquids uit Nederland. De extruder is van Duitse makelij geproduceerd door de firma Lehmann. Type en karakterisatieken van de extruder worden in volgende tabel weergegeven. Tabel 1: Karakteristieken extruder Beschrijving Eenheid Type MSZ-B55e Lengte 3,9 m Breedte 1,1 m Hoogte 1,2 m Gewicht 3,1 ton Geïnstalleerd vermogen 55 kwe Benodigde spanning 50 Hz Benodigde voltage 230/400 V Keuring TÜV Belasting grondoppervlak Min Kg/m² De extruder werd gehuurd voor 10 weken en opgesteld op een betonnen ondergrond voor de sleuf bij de vergister Goemaere te Diksmuide. De extruder werd geleverd met een afzonderlijk bedieningspaneel. De extruder wordt bovenaan gevoed, de afvoer is zijdelings. Op de extruder werd nog een korf gemonteerd om ervoor te zorgen dat het grasmaaisel netjes in de extruder bovenaan kon gevoed worden. 12

23 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 11: Levering van de extruder ter plaatse bij Goemaere vergister, rode korf voor voeding bovenaan extruder, links afvoer van geëxtrudeerd materiaal Figuur 12: Centrum van de extruder: 2 roterende vijzels Het hart van de extruder bestaat uit 2 roterende vijzels (zie Figuur 12) aangestuurd door een motor. De roterende vijzels vermalen het toegevoerde materiaal en persen het zijdelings uit de extruder. De zijdelingse opening (zie Figuur 13) kan aangepast worden (groter /kleiner) en bepaalt zo mee de tegendruk in de vijzels en de eindtextuur van het geperste materiaal. 13

24 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 13: Afvoer van het geëxtrudeerde materiaal De extruder kan handmatig gevoed worden. Het was echter niet mogelijk om op deze manier vollast duurtesten uit te voeren. Bij de installatie van de extruder werd daarom beslist om nog 2 extra transportbanden voor en na te schakelen. De aanvoertransportband werd aangeleverd door de firma Bioliquid. Deze was 5,5 m lang en 0,5 m breed. De transportband was voorzien van een overbandmagneet om ferro-metalen te detecteren. Deze transportband was ook aangekoppeld aan het bedieningspaneel van de extruder. Bij detectie van metalen, werd de transportband automatisch stil gelegd. Om ook het outputmateriaal goed te kunnen afvoeren, werd een tweede afvoerband gehuurd bij de firma Spinnekop om het geëxtrudeerde materiaal dat uit de extruder op 60 cm hoogte uitvalt, te transporteren en zo een voldoende hoge stapel te kunnen maken. Het geëxtrudeerde materiaal kon dan op zijn beurt met de verreiker afgevoerd worden richting buffer van de vergister. De afvoerband is een klassieke afvoerband die ook gebruikt wordt in de voedingsindustrie met afmetingen van 4,1 m lang en 0,6 m breed. 14

25 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 14: Opstelling extruder met aanvoer en afvoer transportband ter plaatse bij Goemaere vergister 15

26 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 15: Afvoertransportband nageschakeld aan extruder ter plaatse bij Goemaere vergister (Diksmuide) Bij de eerste testen bleek dat het voeden van de aanvoertransportband enkel handmatig kon en dat ook op deze manier het niet mogelijk was om vollast duurtesten uit te voeren, vandaar dat samen met de uitbater van de vergister Ecoprojects met name Patrick Christiaens en Bioliquids met name Willem-Jan Markerink werd gezocht naar een oplossing om het experiment te kunnen voeden met de verreiker. Bij DevosAgri werd een uitdraaibak voor veevoeding met een volume van 2 m³ gehuurd die gekoppeld werd aan de verreiker ter plaatse. De verreiker kon op deze manier de uitdraaibak vullen en dan met mate het grasmaaisel uit de uitdraaibak draaien op de transportband (zie Figuur 16). 16

27 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 16: Uitdraaibak op verreiker gebruikt om transportband te voeden De extruder en aanvoertransportband werden via het centrale bedieningspaneel elektrisch gekoppeld door een deskundig elektricien aan de schakelkast van de vergister. De inkoppeling gebeurde met een voldoende zware kabel van 4 x 70 mm² en voorzien van 3 x 400V + N + PE. Op deze inkoppeling heeft VITO een elektrische kwh-meter type VIP Energy (zie Figuur 17) aangesloten. De meter bepaalt aan de hand van de gemeten spanning (U) en stroom (I) de geleverde energie rekening houdend met de cos φ. De spanningen worden rechtstreeks gemeten op de aansluitpunten van de installatie. De respectievelijke stromen worden gemeten via stroomtransfo s (250/5A) over de geleiders dewelke gekoppeld zijn aan de meter. Via een pulsuitgang die ingesteld is op 0,1 kwh per puls wordt het verbruik doorgegeven aan een datalogger. De datalogger van het type datataker DT80 registreert het elektrisch verbruik per 5 minuten. De gelogde gegevens werden via een GPRS verbinding automatisch weggeschreven op een VITO-server. 17

28 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 17: Plaatsing van elektriciteitsmeter op voedingskabel extruder en aanvoertransportband 2.3. LABOTESTEN: OPSTELLING EN GEVOLGDE METHODE De labotesten werden uitgevoerd op 6 verschillende stalen, nl.: - ingekuild verhakseld maaisel; - ingekuild verhakseld en geëxtrudeerd maaisel; - vers niet-verhakseld maaisel; - vers niet-verhakseld geëxtrudeerd maaisel; - vers verhakseld maaisel; - vers verhakseld en geëxtrudeerd maaisel. Een representatief staal van 2 kg werd genomen van de stapel aangevoerd en al of niet geëxtrudeerde materiaal (zie Figuur 18). Het staal werd bewaard in een gekoelde container tijdens transport en afgeleverd op het labo binnen de 4 uur. In het labo werd het staal dadelijk opgestart zodat er zo weinig mogelijk tijd was tussen het nemen van de stalen en de metingen. 18

29 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode Figuur 18: Staalname van het verse verhakselde maaisel Ter plaatse bij de vergister Goemaere werden reeds een eerste aantal testen uitgevoerd nl. conductiviteitstesten en ph-testen om de invloed te bepalen van het extruderen. Door de extrusie zouden meer zouten in het water moeten komen en hierdoor een verhoging in conductiviteit zorgen. Bij deze tests is eveneens het bezink- en flotatiegedrag alsook de roerbaarheid indicatief onderzocht. Figuur 19: Conductiviteitsmetingen en ph-metingen ter plaatse bij vergister Goemaere 19

30 HOOFDSTUK 2 Beschrijving van de proefopstelling en gevolgde methode De belangrijkste labotesten werden uitgevoerd door Innolab te Gent. Hier werd de biogasopbrengst gedurende een 6-tal weken van elk staal opgevolgd. Ook werden de karakteristieken van het einddigestaat gemeten. Om het biogaspotentieel van het grasmaaisel te meten, werd een hoeveelheid testsubstraat aan anaeroob slib toegevoegd. De hoeveelheid toe te voegen testsubstraat wordt berekend aan de hand van het organischestofgehalte, waaruit de belasting kan worden bepaald. Daarnaast werd ook een negatieve controle opgezet om de gasproductie uit het innoculum te kwantificeren. De biogasproductie werd dagelijks gemeten. Het resultaat van de biogasproductie van het testsubstraat werd gecorrigeerd voor luchtdruk, temperatuur en de gasproductie van het innoculum. De gasproductie van het testsubstraat wordt uitgedrukt en Nm³ biogas/ton substraat toegevoegd. 20

31 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse HOOFDSTUK 3. RESULTAAT BESCHRIJVING EN ANALYSE De opzet van het experiment was te komen tot een analyse van het gebruik van een extruder als voorbehandeling van grasmaaisel. De belangrijkste doelstellingen van deze analyse zijn: - tot bevindingen te komen omtrent de voorbehandeling van grasmaaisel met een extruder - praktische ervaring op te doen met deze voorbehandelingstechnologie - nagaan of het gebruik van de extruder al dan niet leidt tot extra biogasopbrengsten en energieproductie rekening houdend met het meerverbruik (elektriciteit) van de extruder. Het is belangrijk stil te staan bij de opstelling van het experiment. Een full-scale experiment werd uitgevoerd met de extruder. Zo kon de ervaring getest worden bij het bedrijven van de extruder in de praktijk. Het tweede deel van de test werd op laboschaal uitgevoerd om het biogaspotentieel te testen LABO BATCHTESTEN De analyses die verkregen worden van de batchtesten uitgevoerd door Innolab, gecombineerd met de elektrische conductiviteitsmetingen van het gras worden in dit hoofdstuk beschreven en geanalyseerd. De labotesten werden uitgevoerd op 6 verschillende stalen, nl.: - ingekuild verhakseld maaisel; - ingekuild verhakseld en geëxtrudeerd maaisel; - vers niet-verhakseld maaisel; - vers niet-verhakseld geëxtrudeerd maaisel; - vers verhakseld maaisel; - vers verhakseld en geëxtrudeerd maaisel. Aanvullend werden op vraag van de opdrachtgever dezelfde labotesten naar biogaspotentieel uitgevoerd op stalen van Nederlands grasmaaisel. De nodige voorzichtigheid dient aan de dag gelegd te worden bij de interpretatie van de resultaten van deze testen gezien hier de staalname en het transport niet door VITO is gebeurd. Het transport vanuit Nederland is gebeurd over een aantal dagen en was niet gekoeld. Dit heeft vermoedelijk zijn invloed gehad op de resultaten INGEKUILD MAAISEL Biogasmeting Het ingekuilde maaisel werd zowel geëxtrudeerd als niet geëxtrudeerd geanalyseerd. De resultaten zijn in bijlage A bijgevoegd. Op de grafieken met de opbrengst van het biogaspotentieel, zien we dat het geëxtrudeerde materiaal betere resultaten geeft. 21

32 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse Figuur 20: Biogasopbrengst van ingekuild gras Figuur 21: Biogasopbrengst van ingekuild gras per ton ODS Het onbehandeld kuilgras is getest op zijn biogaspotentieel bij 38 C. Na 54 dagen verblijftijd werd een potentieel van 80,6 Nm³/ton bereikt. Het biogas bevat geen H 2 S- en 54,0 % methaan. 22

33 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse Per tonorganische stof bedraagt de biogasopbrengst 276,7 Nm³/ton. Dit is een normale waarde voor dit type input voor vergisting. Opmerkelijk is wel de hoge asrest, nagenoeg 50 % van de droge stof bestaat uit inert materiaal. De analyses op het einde van de test tonen aan dat het digestaat is uitgegist en de toegediende organische stof maximaal is omgezet tot biogas. Tijdens het experiment zijn geen opmerkelijke visuele waarnemingen genoteerd. Het behandeld kuilgras is getest op zijn biogaspotentieel bij 38 C. Na 49 dagen verblijftijd werd een potentieel van 93,0 Nm³/ton bereikt. Het biogas bevat geen H 2 S- en 55,1 % methaan. De vrijstelling van het gas uit het kuilgras gebeurt snel; na 35 dagen verblijftijd is om en bij 95 % van het gas geproduceerd. Per ton organische stof bedraagt de biogasopbrengst 337,5 Nm³/ton. Dit is een relatief hoge waarde voor dit type input voor vergisting. Opmerkelijk is wel de hoge asrest, nagenoeg 50 % van de droge stof bestaat uit inert materiaal. De analyses op het einde van de test tonen aan dat het digestaat is uitgegist en de toegediende organische stof maximaal is omgezet tot biogas. Tests ter plaatse De ph en conductiviteitstests zijn ter plaatse uitgevoerd. Door de kleinere staalhoeveelheden en grote heterogeniteit van de grondstof moeten de resultaten behoedzaam geïnterpreteerd worden. We kunnen besluiten dat de ph hoger is na extrusie. Mogelijks zijn een deel van het melkzuur en azijnzuur (aanwezig in het kuilgras) door de hogere temperatuur van de extruder verdampt. In de geleidbaarheid zien we ook een lichte daling die vermoedelijk aan vervluchtiging van vetzuren te wijten is. Dit bevestigt ook de lagere C/N in het geëxtrudeerde gras. Het roergedrag van de stalen is onderzocht. Hieruit blijkt dat het kuilgras als drijflaag aanwezig is in lagere concentraties. Bij 10 gewichtspercent is het als prop aanwezig in het bekerglas. De geëxtrudeerde stalen roeren makkelijk. De biomassa is als een bezinkbare fractie aanwezig. Tabel 2: Labotests te plaatse staal Hoeveelheid staal Geleidbaarheid ph (Gew %) (ms/cm) Kuilgras 3, ,8 Kuilgras 10, ,2 Kuilgras geëxtrudeerd 3, ,6 Kuilgras geëxtrudeerd 10, ,3 Tabel 3: Roergedrag stalen staal Hoeveelheid roerbaarheid Drijflagen/bezinking staal (Gew %) Kuilgras 3,5 Water en deeltje roeren Vooral drijflaag, deel zand onderin tussen het gras Kuilgras 10,0 Vaste prop in de beker Vaste prop Kuilgras 3,4 Goed Vooral bezinking, geen drijflaag geëxtrudeerd Kuilgras geëxtrudeerd 10,6 Goed Vooral bezinking, geen drijflaag 23

34 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse Tabel 4: Foto s van het experiment Kuilgras 10,0 gew% Kuilgras 3,5 gew% Kuilgras geëxtrudeerd 10,6 gew% Kuilgras geëxtrudeerd 3,4 gew% Kuilgras geëxtrudeerd 10,6 gew% 24

35 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse NIET GEHAKSELD VERS MAAISEL Biogasmeting Het niet gehakseld maaisel werd zowel geëxtrudeerd als niet geëxtrudeerd geanalyseerd. De resultaten zijn in bijlage A bijgevoegd. Op de grafieken met de opbrengst van het biogaspotentieel, zien we dat het geëxtrudeerde materiaal betere resultaten geeft per ton input maar per kg organische stof is er geen verschil. Er is tussen dag 15 en 24 een vertraging te zien van de biogasopbrengst. Dit is waarschijnlijk te wijten aan een lokale verzuring in de reactor door de hoge beschikbaarheid van het organisch materiaal. In een reële fermentor zal deze vertraging niet optreden omwille van de betere menging en meer geleidelijke voeding van de vergister zodat het geëxtrudeerde materiaal een kortere vergistingstijd zal hebben dan onbehandelde gras. Figuur 22: Biogasopbrengst van niet gehakseld gras 25

36 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse Figuur 23: Biogasopbrengst van niet gehakseld gras per ton ODS Het onbehandeld niet gehakseld gras is getest op zijn biogaspotentieel bij 38 C. Na 62 dagen verblijftijd werd een potentieel van 134,8 Nm³/ton bereikt. Het biogas bevat geen H 2 S- en 54,7 % methaan. Per ton organische stof bedraagt de biogasopbrengst 595,8 Nm³/ton. Dit is een hoge waarde voor dit type input voor vergisting. De analyses op het einde van de test tonen aan dat het digestaat is uitgegist en de toegediende organische stof maximaal is omgezet tot biogas. Tijdens het experiment zijn geen opmerkelijke visuele waarnemingen genoteerd. Het behandeld niet gehakseld gras is getest op zijn biogaspotentieel bij 38 C. Na 64 dagen verblijftijd werd een potentieel van 148 Nm³/ton bereikt. Het biogas bevat geen H 2 S- en 55,2 % methaan. Per ton organische stof bedraagt de biogasopbrengst 602,3 Nm³/ton. Dit is een hoge waarde voor dit type input voor vergisting. De analyses op het einde van de test tonen aan dat het digestaat is uitgegist en de toegediende organische stof maximaal is omgezet tot biogas. Tests ter plaatse De ph en conductiviteitstests zijn ter plaatse uitgevoerd. Door de kleinere staalhoeveelheden en grote heterogeniteit van de grondstof moeten de resultaten behoedzaam geïnterpreteerd worden. We kunnen besluiten dat de ph lager is na extrusie. In de geleidbaarheid zien we een stijging door de extrusie die eveneens te wijten is aan vrijzetting van de celinhoud. Beide zijn te verwachten gezien celinhoud en organisch materiaal vrijgezet wordt tijdens de extrusie. 26

37 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse Het roergedrag van de stalen is onderzocht in bekerglazen. Hieruit blijkt dat het niet gehakseld gras (na knippen om het in het bekerglas te krijgen) te lang is om te kunnen roeren. Het geëxtrudeerde gras is korter en makkelijk roerbaar bij 3,5 gew%. Bij 10 gew% geëxtrudeerd gras lukt het roeren niet met de magneetroerder omdat de laag organisch materiaal te dik is. Het is echter veel beter roerbaar dan het onbehandelde materiaal. Tabel 5: Labotests te plaatse staal Hoeveelheid staal Geleidbaarheid ph (Gew %) (ms/cm) Niet gehakseld gras 3, ,8 Niet gehakseld gras geëxtrudeerd 3, ,8 Niet gehakseld gras geëxtrudeerd 10, ,6 Tabel 6: roergedrag stalen staal Hoeveelheid staal (Gew %) Roerbaarheid Niet gehakseld gras 3,5 Magneet blijft hangen aan stukken gras Niet gehakseld gras geëxtrudeerd Niet gehakseld gras geëxtrudeerd Drijflagen/bezinking zand onderin, gras kan niet bezinken of drijven owv lengte. 3,6 Goed zand onderin, vooral bezinking en beetje drijflaag 10,0 Moeilijk roeren omwille van materiaal dat aan de magneet blijft hangen zand onderin, vooral bezinking en beetje drijflaag 27

38 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse Tabel 7: Foto s van het experiment Niet gehakseld gras 3,5 gew% Niet gehakseld gras geëxtrudeerd 10,0 gew% Niet gehakseld gras geëxtrudeerd 3,4 gew% GEHAKSELD VERS MAAISEL Biogasmeting Het gehakseld maaisel werd zowel geëxtrudeerd als niet geëxtrudeerd geanalyseerd. De resultaten zijn in bijlage A bijgevoegd. Op de grafieken met de opbrengst van het biogaspotentieel, zien we dat het geëxtrudeerde materiaal betere resultaten geeft per ton input maar per kg organische stof is er geen verschil. Er is tussen dag 13 en 27 een vertraging te zien van de biogasopbrengst. Dit is waarschijnlijk te wijten aan een lokale verzuring in de reactor door de hoge energiewaarde. In een reële fermentor zal deze vertraging niet optreden door de betere menging en meer constante voeding zodat het geëxtrudeerde materiaal een veel kortere vergistingstijd zal hebben dan niet geëxtrudeerde gras. 28

39 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse Figuur 24: Biogasopbrengst van gehakseld gras Figuur 25: Biogasopbrengst van gehakseld gras per ton ODS 29

40 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse Het onbehandeld gehakseld gras is getest op zijn biogaspotentieel bij 38 C. Na 65 dagen verblijftijd werd een potentieel van 115,1 Nm³/ton bereikt. Het biogas bevat geen H 2 S- en 55,0 % methaan. Per ton organische stof bedraagt de biogasopbrengst 593,1 Nm³/ton. Dit is een hoge waarde voor dit type input voor vergisting. De analyses op het einde van de test tonen aan dat het digestaat is uitgegist en de toegediende organische stof maximaal is omgezet tot biogas. Tijdens het experiment zijn geen opmerkelijke visuele waarnemingen genoteerd. Het behandeld gehakseld gras is getest op zijn biogaspotentieel bij 38 C. Na 61 dagen verblijftijd werd een potentieel van 143,1 Nm³/ton bereikt. Het biogas bevat geen H 2 S- en 54,7 % methaan. Per ton organische stof bedraagt de biogasopbrengst 614,2 Nm³/ton. Dit is een hoge waarde voor dit type input voor vergisting. De analyses op het einde van de test tonen aan dat het digestaat is uitgegist en de toegediende organische stof maximaal is omgezet tot biogas. Tests ter plaatse De ph en conductiviteitstests zijn ter plaatse uitgevoerd. Door de kleinere staalhoeveelheden en grote heterogeniteit van de grondstof moeten de resultaten behoedzaam geïnterpreteerd worden. We kunnen besluiten dat de ph lager is na extrusie. Dit is te verwachten omdat organisch materiaal vrijgezet wordt tijdens de extrusie. In de geleidbaarheid zien we een stijging door de extrusie die eveneens te wijten is aan vrijzetting van de celinhoud. Het roergedrag is onderzocht van de stalen. Hieruit blijkt dat het gehakseld gras zich goed laat roeren. Het vormt wel een drijflaag. Het geëxtrudeerde materiaal laat zich bij 3,3 % goed roeren. Bij 10 gew% lukt het roeren niet met de magneetroerder omdat de laag organisch materiaal te dik is. Tabel 8: Labotests te plaatse staal Hoeveelheid Geleidbaarheid ph staal (Gew %) (ms/cm) Gehakseld gras 3, ,3 Gehakseld gras geëxtrudeerd 3, ,5 Gehakseld gras geëxtrudeerd 10, ,2 Tabel 9: roergedrag stalen staal Hoeveelheid Roerbaarheid Drijflagen/bezinking staal (Gew %) Gehakseld gras 3,5 Roert goed zand onderin, gras blijft drijven Gehakseld gras geëxtrudeerd 3,3 Goed zand onderin, deel drijf boven en deel bezinkt Gehakseld gras geëxtrudeerd 10,0 Moeilijk roeren omwille van materiaal dat aan de magneet blijft hangen zand onderin, vooral bezinking en beetje drijflaag 30

41 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse Tabel 10: Foto s van het experiment Gehakseld gras 3,5 gew% Gehakseld gras geëxtrudeerd 10,0 gew% Gehakseld gras geëxtrudeerd 3,3 gew% 31

42 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse NEDERLANDS INGEKUILD MAAISEL Figuur 26: Biogasopbrengst van Nederlands gras Figuur 27: Biogasopbrengst van Nederlands gras per ton ODS 32

43 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse Het Nederlandse natuurgras is afkomstig van de graskuil van Jansen Energy te Kielwindeweer (provincie Groningen) Het gras was niet gehakseld alvorens in te kuilen en was afkomstig van de terreinen beheerd door Staatsbosbeheer. Het niet gehakseld ingekuild Nederlands natuurgras is getest op zijn biogaspotentieel bij 38 C. Na 57 dagen verblijftijd werd een potentieel van 171,1 Nm³/ton bereikt. Het biogas bevat een zeer lage H 2 S-concentratie en 58,2 % methaan. Per ton organische stof bedraagt de biogasopbrengst 272,9 Nm³/ton. Dit is een normale waarde voor dit type input voor vergisting. De analyses op het einde van de test tonen aan dat het digestaat is uitgegist en de toegediende organische stof maximaal is omgezet tot biogas. Het geëxtrudeerd ingekuild natuurgras is getest op zijn biogaspotentieel bij 38 C. Na 59 dagen verblijftijd werd een potentieel van 98,1 Nm³/ton bereikt. Het biogas bevat een zeer lage H 2 S- concentratie en 57,0 % methaan. Per ton organische stof bedraagt de biogasopbrengst 224,6 Nm³/ton. Dit is een normale waarde voor dit type input voor vergisting. De analyses op het einde van de test tonen aan dat het digestaat is uitgegist en de toegediende organische stof maximaal is omgezet tot biogas. Bovenstaande resultaten wijken af van de Vlaamse resultaten en wat verwacht wordt. Het geëxtrudeerde materiaal brengt minder op dan het onbehandelde materiaal. Bijkomend kan afgeleid worden dat de biogasopbrengsten en de methaanopbrengsten lager liggen dan werd vastgesteld op de Vlaamse stalen. De oorzaken kunnen op verschillende vlakken gezocht worden: - grasmaaisel van andere oorsprong; - staalname en transport: De staalname werd uitgevoerd door de uitbater van de extruder zelf. De stalen werden niet-gekoeld getransporteerd en tussentijds gestockeerd in een gekoelde ruimte, tussen staalname en opstart van de vergistingstests waren 5 dagen; - het drogestofgehalte van het geëxtrudeerde gras is lager wat niet verwacht wordt. Bij extrusie komen hoge temperaturen voor zodat er een deel verdamping van water is en de DS zal verhogen; - de C/N-verhouding is lager bij geëxtrudeerd gras. Dit geeft aan dat er een groot deel van de koolstof verdwenen is bij de geëxtrudeerde stalen. Dit wijst ook op afbraak tijdens bewaring van de stalen; - eerste snelle gasvrijgave is een lager percentage van gehele gasvrijzetting bij extrusiegras. Dit is ook niet verwacht owv betere beschikbaarheid door de extrusie. Een mogelijk oorzaak van bovenstaande bevindingen is vermoedelijk dat de stalen al deels aan het vergisten waren tijdens transport en dat niet de volledige biogasopbrengst nog gemeten werd in het labo. Het uitgekuild geëxtrudeerd materiaal kan moeilijk bewaard worden. Het niet gehakseld uitgekuild materiaal geeft ondanks de slechte bewaring nog een goede gasopbrengst. 33

44 HOOFDSTUK 3 Resultaat beschrijving en analyse BESPREKING LABO BATCH TESTEN Chemische parameters Uit de chemische parameters blijkt de grote variatie aan gras en de impact van de voorbehandeling. Voor vers gras is het drogestofgehalte tussen 22 en 40 % DS en de organische stof tussen 85 en 91 %. Omwille van het grote verschil in droge stof zal de gasopbrengst per ton aangevoerd maaisel zeer sterk verschillen. Op natte dagen zal het gras per ton veel minder opbrengen dan op droge maaidagen. De extruder werkt echter beter als het gras niet te droog is. Het droge stofgehalte van het kuilgras is merkelijk hoger en het organisch gehalte merkelijk lager. Beide parameters geven aan dat er een afbraak is geweest van organisch materiaal in de graskuil. De biologische processen ontwikkelen warmte en gassen die zorgen voor een droging van het materiaal. De C/N-verhouding tussen het Vlaamse gras en het Nederlandse verschilt een factor 2. Dit is vermoedelijk te wijten aan de bemestingsgraad van het gras waardoor het meer of minder proteïnen inhoud heeft. Dit is zeer belangrijk voor de vergisters vermits de meeste vergisters een lage C/N van de inputstromen. Indien hierop misrekend wordt kan dit problemen geven in de vergisting. De C/N van de totale input moet tussen 10 en 40 liggen om vergistbaar te zijn. Ideaal ligt deze tussen 20 en 25. Tabel 11: Overzicht chemische parameters van de stalen Droge stof (%) Organische droge stof (% DS) C/N verhouding Kuilgras onbehandeld 53,7 54,2 19,1 7,4 Kuilgras geëxtrudeerd 51,3 53,7 17,9 6,8 Niet gehakseld gras onbehandeld 25,7 88,1 17,4 7,1 Niet gehakseld gras geëxtrudeerd 28,6 86,0 17,8 7,2 Gehakseld gras onbehandeld 22,7 85,6 25,7 7,2 Gehakseld gras geëxtrudeerd 27,1 85,9 26,0 6,9 Nederlands kuilgras onbehandeld 40,1 91,0 42,5 5,7 Nederlands kuilgras geëxtrudeerd 30,0 83,0 23,5 6,3 ph Gasopbrengst In Figuur 28 en Figuur 29 zijn alle biogasbepalingen op één figuur geplaatst. Hieruit blijkt de grote spreiding van de resultaten afhankelijk van de herkomst en voorgeschiedenis van het gras. Een zeer belangrijke parameter hier is het drogestofgehalte en de asrest van het gras dat sterk kan verschillen per staal door de heterogeniteit. De biogasopbrengst varieert tussen 80 en 172 Nm³/ton. De gasopbrengst van de geëxtrudeerde stalen is hoger dan van de onbehandelde (uitzondering Nederlands staal). Dit is bij het vers maaisel te wijten aan een hoger drogestofgehalte na extrusie. Indien per kg ODS wordt bekeken krijgen we een ander verhaal. De spreiding van alle getallen is nog steeds groot maar de voorgeschiedenis kan goed gezien worden. - het kuilgras dat 2 jaar is ingekuild geeft duidelijk de laagste resultaten. Extrusie heeft hier een duidelijk voordeel. De gasopbrengst verhoogt van 276,7 Nm³/ton ODS naar 337,5 Nm³/ton ODS. Dit is een significante verhoging van 60,8 Nm³/ton ODS of circa 20 % verhoging van de gasopbrengst; 34