Mestverwerkingtechnieken

Transcriptie

1 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

2 Inhoud 1. Achtergronden 2. Ontwikkelingen mestverwerking 3. Conclusies

3 Nederland Mineralenland: Fosfaat Fosfaat is een van Voer 65% Landbouw Industrie Huishoudens levensbelang eindige onvervangbare KM 11% grondstof!!! Anders 24% Afvalverwerking IMPORT 100% EXPORT 45% EU: heeft geen Verlagen fosfaatoverschot 46 mill. kg P 2 O 5 Bodem en Water 33% Verbrandingsas & vuilstort 22% fosfaatmijnen!! 3

4 Sluiten van de Kringlopen Nederlandse strategie: Verlaging P gehalte in het voerspoor Mestscheiding & verhogen efficiëntie (minder uitspoeling) Mineralenconcentraten (N, K) Winning P uit mest

5 Verplichte mestverwerking (Bleker, 29/6/2012) Regio * 2015* Zuid 10% 30% 50% Oost 5% 15% 30% Overig 0% 5% 10% milj. kg P 2 O * voorlopig Geldt voor bedrijven met een fosfaatoverschot

6 Mestverwerking: Processen / technieken Proces/Techniek Scheiden Composteren Drogen Hygieniseren Korrelen Produkten (co-)vergisten CH 4 Indampen Ultrafiltratie/Omgekeerde osmose Strippen geconcentreerde NH 4, K oplossing geconcentreerde NH 4, K oplossing zure NH 4 oplossing Biologische N verwijderen N 2 Verbranden P-as Vergassen P-as, syngas (H 2, CO, CO 2, CH 4 ) Pyrolyseren P-biochar, syngas (H 2, CO, CH 4 ), oil Natte oxidatie sub kritisch P-as, NH 3 Natte oxidatie super kritisch P-as Nat super kritische vergassen P-biochar, syngas (H 2, CO, CH 4 ) Struviet precipitatie MAP (MgNH 4 PO 4. 6 H 2 O) Calciumfosfaat precipitatie Mestbehandeling CaP RWZI s Scale Product Sludge AirPrex full MAP Lysogest full MAP NuReSys full MAP PHOSPAQ full MAP CRYSTALACTOR full CaP Gifhorn process full MAP Fix-Phos full CaP Stuttgart process pilot MAP Budenheim process pilot CaP sludge liquid/process water REPHOS full MAP PEARL (PEARL 500) full MAP NuReSys full MAP P-RoC pilot CaP PHOSTRIP pilot MAP or CaP P recovery during or after incineration MEPHREC full P fertilizer SUSAN full P fertilizer Thermphos* full White P4 LeachPhos pilot MAP or CaP EcoPhos/SNB/HVC full DCP

7 Potentiële waarde van varkensmest Kosten van mestafzet hoog voor de veehouderij Mest is geen afval - Mest heeft waarde Potentiële waarde van varkensmest gehalte 1) Marktprijs grondstof 2) Waarde (kg/m 3 ) ( /kg) ( /ton) Stikstof (N) Kalium (K 2 O) Fosfaat (P 2 O 5 ) Organische stof (vaste fase) Waarde als grondstof ( / ton) ) Römkens and Rietra (2008) 2) LEI, 2012; resp. 15% - 35% van de kunstmestprijs gebaseerd op KAS (N), TSP( P 2 O 5 ) and K60 (K 2 O) en energiewaarde van organische stof (gebaseerd op per kwh) Bron: Schoumans et al. (2010) Update martkprijzen: 2012

8 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

9 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)

10 Mineralen pilots: voorbeelden technieken

11 Mineralenconcentraten (N&K): Mineralenconcentraten: Hoger N en K gehalte dan dunne mest; Laag P gehalte NH 4 : ± 90% of N-totaal ph >7.5 Grote verschillen tussen de pilots Plant N-total N-NH 4 P K g/kg g/kg % Ntotal g/kg g/kg A B C D E F H

12 Produkten Mineralenconcentraat Vloeibare N-K oplossing Dikke fractie Organisch NP mest Bodemverbeteraar Permeaat (water) Pilots: Grote mogelijkheden, maar nog niet door Brussel goedgekeurd

13 Terugwinnen van fosfaten en fosfor Kroos & Algen veevoer Stedelijk afvalwater Mineralenconcentraten Landbouw Varkensmest Effluent RWZI (rioolwaterzuiveringsinstallatie Voorbehandeling (N,K & P) Dunne fractie Biogas/ WKK/ restwarmte Korte termijn Natte dikke fractie Huishoudelijk afval Drogen Slibverbranding (& energiewinning) Biomassacentrale (verbranding & energie productie) Lange termijn Droge dikke fractie Kunstmestindustrie P-producent Pyrolysecentrale Fosfaatkunstmest Fosfaataskunstmest Fosfor (P4) Export P-Biochar Source: Schoumans et al., 2012 Productie van secondaire P voor industrie met een bestaande grote internationale markt

14 Terugwinnen van fosfaten en fosfor Kroos & Algen veevoer Stedelijk afvalwater Mineralenconcentraten Landbouw Varkensmest Effluent RWZI (rioolwaterzuiveringsinstallatie Voorbehandeling (N,K & P) Dunne fractie Biogas/ WKK/ restwarmte Korte termijn Natte dikke fractie Huishoudelijk afval Lange termijn Drogen Slibverbranding Biomassacentrale Volledige P terugwinning Droge uit dikke fractie (& energiewinning) (verbranding & energie productie) mest is nog steeds duur Kunstmestindustrie P-producent Pyrolysecentrale (15-30 per ton varkensmest) Fosfaatkunstmest Fosfaataskunstmest Fosfor (P4) Export P-Biochar Source: Schoumans et al., 2012 Productie van secondaire P voor industrie met een bestaande grote internationale markt

15 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 miljoen kg P 2 O 5 Via voerspoor al een verlaging: ca. 10 miljoen kg P 2 O 5 Blijft over voor verwerking: miljoen kg P 2 O 5 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)

16 Vrijkomen van fosfaat & P terugwinning P concentratie Aangezuurde varkensmest P concentratie & P winning P winning Schoumans et al (2014)

17 Mg - behandeling van de dunne fractie Liquid fraction Slurry P Without NaOH (ph ~8) With NaOH (ph ~ 9.5) g P kg -1 Mg(OH) 2 MgCl 2 MgO Mg(OH) 2 MgCl 2 MgO Pig slurry 1 (1000 rpm) Pig slurry 2 (screw press) Pig slurry 3 (300 rpm) 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)

18 Kosten chemicaliën (25% P terugwinning) Acid - Base approach (Ca ~ P) / ton pig slurry Pig slurry Pig slurry course fraction Pig slurry liquid fraction Base - Mg approach (Mg ~ P) / ton pig slurry Pig slurry liquid fraction (ph 8) Pig slurry liquid fraction (ph 9.5) 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)

19 2014: Pilot / Bouw demo-installatie Groot-Zevert Deeltjes flexibele separator Dunne fractie Verschillende deeltjes grootte producten Flexibel precipitatie systeem Zuur additie Filter Ca-base of Mg additie Filter Deeltjes met een laag P gehalte Fosfaatproduct Evt. N-stripper mest met een aangepast N een P gehalte Evt. NH 4 oplossing Benodigde mestsamenstelling voor gewassen Organische stof, N en P P (en evt. N) aangepaste mest

20 Terugwinnen van mineralen uit mest Fosfor P: Ca- & Mg-fosfaatprecipitaten Veel aandacht voor struviet: NH 4 ~ Mg ~fosfaat of K ~ Mg ~fosfaat Stikstof N: Mineralenconcentraten (geconcentreerde NH 4, K oplossingen) NH 4 struvite N-strippen en productie van geconc. (NH 4 ) 2 SO 4 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)

21 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!

22 Dank u voor uw aandacht