Mestverwerkingtechnieken

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

Inhoud 1. Achtergronden 2. Ontwikkelingen mestverwerking 3. Conclusies

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

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

Verplichte mestverwerking (Bleker, 29/6/2012) Regio 2013 2014* 2015* Zuid 10% 30% 50% Oost 5% 15% 30% Overig 0% 5% 10% milj. kg P 2 O 5 5 17 28 * voorlopig Geldt voor bedrijven met een fosfaatoverschot

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

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) 0.8-6.8 0.167-0.389 0.13-2.64 Kalium (K 2 O) 2-14 0.095-0.222 0.19-3.10 Fosfaat (P 2 O 5 ) 0.6-6.2 0.157-0.365 0.09-2.26 Organische stof (vaste fase) 35-45 0.091-0.117 3.19-5.27 Waarde als grondstof ( / ton) 3.60-13.28 1) 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 0.07-0.09 per kwh) Bron: Schoumans et al. (2010) Update martkprijzen: 2012

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

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)

Mineralen pilots: voorbeelden technieken

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 6.4 5.9 92 0.2 7.1 B 7.2 6.9 96 0.01 6.8 C 8.9 7.8 88 0.34 8.4 D 5.3 4.7 89 0.11 6.8 E 4.2 3.6 86 0.08 5.5 F 8.1 7.1 88 0.26 8.1 H 11 10.5 95 0.27 15.7

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

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

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

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 20-25 miljoen kg P 2 O 5 Via voerspoor al een verlaging: ca. 10 miljoen kg P 2 O 5 Blijft over voor verwerking: 10-15 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)

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

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) 0.91 67 74 73 70 70 76 Pig slurry 2 (screw press) 2.28 94 92 93 92 92 93 Pig slurry 3 (300 rpm) 1.51 90 92 93 90 91 91 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)

Kosten chemicaliën (25% P terugwinning) Acid - Base approach (Ca ~ P) / ton pig slurry Pig slurry 0.33-1.32 Pig slurry course fraction 0.34-0.69 Pig slurry liquid fraction 0.17-6.78 Base - Mg approach (Mg ~ P) / ton pig slurry Pig slurry liquid fraction (ph 8) 0.23-2.08 Pig slurry liquid fraction (ph 9.5) 1.36-7.84 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)

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

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)

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!

Dank u voor uw aandacht