Hooglastvergisting

Looptijd:

1-6-2016 - 31-5-2019

 

Beschrijving:

Deelnemers: FH Münster (penvoerder), Bioenergiecluster Oost Nederland, PlanET

 

……………

 

 

Bestaande agrarische biogasinstallaties zijn voor het grootste deel ontstaan uit overdekte opslagcontainers voor dierlijke uitwerpselen die afkomstig zijn uit grotere stallen. De hier te onderzoeken methode is gebaseerd op een volledig nieuw reactorconcept, waarbij door een innovatief reactorontwerp een efficiënte retentie van biomassa optreedt. Dit maakt regelstrategieën met aanzienlijk kortere verblijftijden mogelijk. De anaërobe micro-organismen die de substraten in biogasinstallaties afbreken, vermeerderen zich door hun metabolisme in vergelijking met de aërobe micro-organismen relatief langzaam. Daarom is het behoud van organismen van groot belang voor een snelle efficiënte afbraak van de biomassa. Conventionele biogasinstallaties worden als een continu geroerde tankreactor geëxploiteerd. Dat betekent dat er met het digistaat ook bacteriën uit het systeem worden verwijderd. Daardoor wordt de verblijftijd van het substraat in de installatie bepaald door de snelheid van de zich voortplantende bacteriën. Een te korte verblijfsduur heeft uitspoeling van de organismen en daarmee het einde van de biogasproductie als gevolg. Door het gebruik van een reactor die de mico-organismen in het systeem houdt, kan de bacteriedichtheid in de reactor en daarmee de afbreeksnelheid verhoogd worden. Door bijvoorbeeld de vorming van granulaten en het behoud van de granulaten kunnen organismen behouden blijven. Een voorbeeld hiervan is de Upflow anaerobic sludge blanket (UASB) die in het industriële afvalwater gebruikt wordt. Aan de Fachhochschule Münster zijn in het verleden experimenten met een anaërobe behandeling van textiel afvalwater uitgevoerd. De experimenten hebben aangetoond dat het afvalwater al na vijf in plaats van na veertig dagen was afgebroken.

 

Door de ontwikkeling van een gelijkwaardige methode voor de afbraak van agrarische reststoffen met een hoog watergehalte kan het terugwinnen van energie van deze materialen enorm aan efficiëntie winnen en in technisch opzicht op het gebied van biogas-technologie een nieuwe fase van de ontwikkeling van biogasinstallaties vormen.

 

In het kader van het werkpakket wordt een moderne biogasreactor voor de vergisting van mest en andere vloeibare afvalstoffen, zoals perswater, ontwikkeld en onderzocht. Hierbij gaat het om een hoge-capaciteit reactor waarvan het ontwerp duidelijk afwijkt van dat van agrarische biogasinstallaties. Reactorconcepten uit de industriële en anaërobe afvalwatertechniek vormen het uitgangspunt hierbij. Deze reactoren bereiken aanzienlijk hogere belastingen en hebben dus kortere verblijftijden, kleinere reactor volumes en lagere investerings- en exploitatiekosten. Ook worden hogere gasopbrengsten en een hogere en snellere afbraak van de organische substantie mogelijk gemaakt. De vloeibare substraten worden op deze manier optimaal benut. De hoge-capaciteit reactoren kunnen alleen met nagenoeg vloeibare substraten gevuld worden. Daarom zijn hoge-capaciteitreactoren bijzonder geschikt voor dunne vloeibare mest, perswater en filtraten uit de scheiding van mest. Juist deze soorten komen in grote mate voor en kunnen zo goedkoop met een efficiënt reactorconcept energetisch gebruikt worden. De afbraak van het organisch materiaal maakt ook een efficiënter gebruik van de behouden en niet afgebroken nutriënten mogelijk, met name stikstof, in aansluiting op het energetisch verbruik. In het kader van het werkpakket worden in een half-technische proefreactor fundamentele experimenten uitgevoerd. Hier worden de randvoorwaarden voor het gebruik van vloeibare substraten in een hoge-capaciteitsysteem en vergelijkende reactieconcepten uitgewerkt en het verbeteringspotentieel onderzocht. De ervaringen en resultaten van de geplande testreeks bereiden een daarop volgend gebruik in een grootschalige biogasinstallatie voor.

 

1. Stand van de techniek en gebruik voor vloeibare reststoffen (D/NL).

 

In dit werkpakket wordt de huidige stand van de techniek bekeken. Hierbij wordt een literatuur- en marktonderzoek uitgevoerd. Het doel van het literatuuronderzoek is om geschikte reactorconcepten voor een hoge-capaciteitreactor voor de exploitatie met vloeibare reststoffen, zoals dierlijke uitwerpselen of perswater, vergelijken en een geschikt reactorconcept voor de daarop volgende experimenten te kiezen.

Allereerst wordt de feitelijke situatie in de Duitse en Nederlandse projectregio van het voorkomen en soort van de in aanmerking komende substraten verzameld en geanalyseerd. Vervolgens worden bruikbare typen reactoren en de al opgedane ervaringen van derden bij het gebruik van hoge-capaciteit reactoren in landbouw- en thematisch verwante gebieden onderzocht.

 

Van doorslaggevend belang voor de succesvolle exploitatie van een dergelijke installatie is ook de noodzakelijke conditionering van de substraten. Dit omvat bijvoorbeeld het breken door mechanische zuiveringsmethodes en het verwijderen van grove deeltjes.

 

Op basis van de verzamelde kennis wordt vervolgens een concept uitgewerkt. In het procesconcept wordt behalve de hierboven genoemde data ook een eerste ruwe schatting van het rendement gedaan. Waarschijnlijk zal het procesconcept eruit zien als afbeelding 2.

 

2. Bouw van een half-technische hoge-capaciteitreactor

 

Op basis van het concept worden twee laboratorium biogasinstallaties in het Technikum van de FH Münster opgesteld. Met hulp van deze continu werkende installatie is het mogelijk de geschiktheid van bv. mest voor de anaërobe vergisting in een hoog laadproces te onderzoeken. Hierbij worden als aanvulling op de fundamentele geschiktheid de noodzakelijke conditionering van de substraten, succesvolle reactorconcepten en de biologische en technische voorwaarden opgesteld.

 

Dit systeem biedt aanzienlijke voordelen ten opzichte van conventionele ladingsgewijze experimenten. Er kunnen voor biogasinstallaties in de praktijk specifieke condities (o.a. temperatuur, voedingsstoffen, intervallen voor substraattoevoer, verblijfsduur ) expliciet ingesteld en onderzocht worden. Daarom kunnen de resultaten van deze testen als zeer dicht bij de praktijk en als overdraagbaar worden beschouwd. De bouw en ingebruikname van een dergelijk systeem heeft veel begeleiding nodig. Het systeem kan worden geïntegreerd in het bestaande Technikum van de FH Münster en maakt vanzelfsprekend gebruik van de beschikbare apparatuur, zodat een uitgebreide analyse van testparameters op velerlei gebied gegarandeerd is.

 

3. Onderzoek naar de capaciteit van verschillende substraten

 

In het derde werkpakket worden de onder punt 1 geïdentificeerde substraten onderzocht. Hiervoor wordt aan het begin van de biogasopbrengst het substraat met de laadtest van de FH Münster onderzocht en het daaruit naar voren komende potentieel in de projectregio berekend. Op basis van een eerste economische haalbaarheidsanalyse worden de substraten die voor de economische benutting geschikt zijn in de ontwikkelde hoge-capaciteit reactor gefermenteerd. Met deze testen kunnen de uitspraken uit de batchexperimenten gecontroleerd en daarmee afgedekt worden. Bovendien maken ze een uitspraak over de verblijfsduur van de substraten in de reactor mogelijk, hetgeen een belangrijke invloed op de rendabiliteit heeft.

 

4. Rapportages en PR

 

Voor de afsluitende schriftelijke evaluatie van de resultaten worden tijdens de gehele looptijd van het project de resultaten en de interpretatie daarvan in een rapport samengevat. Een aandachtspunt is de overdraagbaarheid in de praktijk. Ook de kennisoverdracht tussen landen en publicatie van de resultaten krijgt hierbij veel aandacht. Publicatie van de resultaten vindt plaats in artikelen in de nationale en internationale media, door congresverslagen en via de netwerken van de partners.

Milestone

 

Beschrijving:

 

1e mijlpaal:

het procesconcept is volledig opgesteld en er is een eerste economische toets van het concept uitgevoerd.

 

2e mijlpaal:

de twee half-technische reactoren zijn gepland, gebouwd en in bedrijf genomen

 

3e mijlpaal:

de eerder geïdentificeerde substraten zijn onderzocht en hun gebruik is economisch gewaardeerd.

 

4e mijlpaal:

het project is afgesloten, de resultaten zijn in een rapport samengevat en gepubliceerd.