Terugwinning en benutting van fosfaat in de voedselketen

Transcriptie

1 6/22/211 Terugwinning en benutting van fosfaat in de voedselketen Oene Oenema, Oscar Schoumans, Phillip Ehlert, Johan Sanders en vele anderen Wageningen University Phosphorus flows in the food chain P 25 Unit: Tg Households.1 exports.3 (1%) losses (1%) Imports 5.2 (67%) 2.6 (33%).3 Food processing 1.1 Animal production Crop production (soil) Accumulation in soil 3.4 (44%).2.5exports.2 (9%) losses exports 2.1 (7%) losses.8 exports.4 (11%) losses 1.4 (18%) exports Exports /losses 3. (38%) losses Ma et al., 21 1

2 6/22/211 Drie strategieen voor zuinig omgaan met fosfaat 1) Reduce inputs 2) Recycle, recover & re-use 3) Redefine systems and diets 1. Reduce inputs 25 2 P flows in EU in 25, in Gg 15 1 Kunstmestfosfaat precisiebemesting Veevoer Minder toevoeging van voederfosfaat Verhoging P-verteerbaarheid door phytase en bioraffinage Andere grondstoffen [Wasmiddelen vaatwassers] 5 Total import Total export Total final loss Accumulation) 2

3 Surplus, kg P 2 O 5 /ha Cumulative surplus, kg P 2 O 5 /ha 6/22/211 Gemiddeld fosfaatoverschot in NL in Annual Cumulative Year Doel Ehlert et al., 211 Bio-refinery: extraction of P from fodder resources Water Animal feed Acid extraction Alkaline extraction Washing Low N/P/K wet feed Phosphates Proteins Digestible K-rich water stream Enzymatic hydrolysis of phytate after acid extraction Easily digestible phosphates for the production of feed supplements (Meesters and Sanders, 21) 3

4 6/22/ Recycle, recover & re-use (I) Fosfaat in: Dierlijke mest Bodem Gewasresten, biomassa, compost) Amounts of P in NL, in Gg per yr Size 1) Animal manure 75 2) Soil*) 5 3) Crop residues +biomassa 15 TOTAL 14 *) aanname: 25 kg P per ha gedurende 5-1 jaar 2. Recycle, recover & re-use (ii) Fosfaat uit: Losses in NL, Gg P per yr Size 1) Sludge incinerated to ash 1.4 2) Sludge to landfill 7.1 3) Sludge to cement 3.9 4) Wastewater to surface water 3.5 5) Leaching from grassland 2.1 6) Leaching from arable land 1.2 7) Compost to garden.1 8) Manure discharge Smit et al., 29 TOTAL 28. Urine en faeces (gescheiden inzameling in Sneek) Zuiveringsslib Drainagewater landbouwgrond (P-filters) Oppervlaktewater (helophytenfilters) 4

5 6/22/ Recycle and re-use fosfaat uit mest in NL Totale mestproduktie in NL is 7-75 miljoen kg P per jaar Circa 5% wordt toegediend op het bedrijf waar het is geproduceerd. Circa 25% wordt op andere bedrijven in NL geplaatst Circa 25 wordt verwerkt en/of geexporteerd. Steeds minder mest kan op NL-landbouwgrond worden geplaatst: Toenemende noodzaak verwerking varkensmest Nutrient and energy recovery from manure Pig slurry Mineral concentrates Pretreatment (N,K & P) Liquid fraction Biogas Wet solid fraction Drying Fertilizer industry (ICL) Incineration & energy recovery Dry solid fraction Intermediates Liquid slurry Intermediates P producer THERMPHOS Pyrolysis plant Kunstmest vervanger Liquid slurry Organo-P fertilizer Export Elemental Phosphor P (P4) P-Biochar (Schoumans et al., 211) 5

6 mg P 2 O 5 /1 g N-min, mg N/kg N-min-normalised,mg N/kg N 6/22/211 Indicative costs of P recovery from manure Indicative costs to produce P ash from manure ( m -3 pig slurry) no drying limited drying drying separation, optional drying and transport liquid and solid Treatment solid fraction Treatment liquid fraction Total (Schoumans et al., Biochar from manure contains available P & N Sandy soil, PAl value Figure min Series2 45 min Series4 3 min, normalised Series6 45 min, normalised Series Months TSP Biochar 1 Biochar 2 Ash No fertilisation Temperature, o C Ehlert et al., in prep.) 6

7 6/22/211 Testing the environmental performance of products byproducts from the bio-energy chains 1. Digestate from pig slurry 2. Digestate from cow manure 3. Rapeseed meal 4. DDGS 5. Yeast concentrate 1 6. Yeast concentrate 2 7. Potato peeling after enzym. hydrolysis 8. Wheat straw after enzym. hydrolysis 9. Poultry manure Biochar (PBC) 1. Green waste Biochar (GBC) 11. Pig slurry 12. Cow manure 13. Wheat straw Cayuela, M.L., Kuikman, P.J., Oenema, O., Bakker, R.R., Groenigen, J.W. (21) Global Change Biology Bioenergy residues & biochar as soil amendments Percentage of C remaining in soil (respect to total C added) YC2 2 DDGS RSM YC time (days) GBC PBC CMD PSD NFWS NFPP N 2 O cumulative fluxes (% N-N 2 O emitted per applied N) yeast concentrate 1 rapeseed meal yeast concentrate 2 DDGS NF-potato peelings NF-wheat straw wheat straw digestate pig slurry pig slurry cow manure digest cow manure biochar poultry biochar wood time (days) c bc abc abc abc ab ab ab a a a a FIRST GENERATION BIOFUELS SECOND GENERATION BIOFUELS MANURES, DIGESTATES AND WHEAT STRAW BIOCHARS Cayuela, M.L., Kuikman, P.J., Oenema, O., Bakker, R.R., Groenigen, J.W. (21) Global Change Biology 7

8 6/22/211 De andere kant van de medaille: brood op de plank Boeren streven naar de hoogste opbrengst Fosfaattoestand liefst hoger dan geadviseerd Grote variatie in de praktijk Eerst zien dan geloven Demonstratie & leren & tijd nodig Fosfaattoestand van bouwland in NL in ~2 Reijneveld et al., 21 8

9 6/22/ Redefine systems and diets In SRES termen: in scenario B2 meer mogelijkheden voor efficient P-(her)gebruik dan in sceario A1 Bij mindering consumptie dierlijke produkten ook minder P-gebruik per capita (maar zegt op zich niets over P-gebruiksefficientie in de samenleveing) Samenvatting: welke kennis ontbreekt? Kwantitatieve overzichten van fosfaatstromen in de economie? Wat zijn de handelingsperspectieven voor hergebruik en hun consequenties op termijn? Hoe kun je fosfaat op een slimme manier uit reststoffen halen? Wat kun je doen om de beschikbaarheid van fosfaat in de bodem te verbeteren? Hoe organiseer je een fosfaatefficiënte economie? 9

10 6/22/211 Integrale studies nodig Gericht op kennissynthese en oplossingsgericht In kaart brengen van Handelingsperspectieven voor nu Lange-termijn opties Tools en prikkels voor efficiënter fosfaatgebruik Genereren van nieuwe inzichten Dank Vragen? 1