BioDEN: Wat hebben we bereikt in 2022?

English version in attachment

Kunstmeststoffen vertegenwoordigen ongeveer 6% van de inputkosten van de gemiddelde Europese landbouwer. Voor akkerbouwers loopt deze bijdrage zelfs op tot 12%. De hoge en onstabiele kunstmestprijzen vormen een wezenlijke uitdaging. De piekende gasprijs resulteerde in een prijstoename van 149% voor kunstmest in september 2022 in vergelijking met het jaar daarvoor. Landbouwers verminderen hierdoor de aangekochte hoeveelheid en stellen hun aankoop uit¹.

Het BioDEN project heeft als voornaamste innovatiedoel het realiseren van een doorgedreven valorisatie van het stikstof- en fosforrijke digestaat afkomstig van anaerobe vergisting tot bestaande én nieuwe bio-gebaseerde meststoffen. Zo creëert BioDEN de opportuniteit om een gesloten nutriëntenkringloop te realiseren en biedt het een mogelijke uitweg voor de hoge kunstmestprijzen. Meer specifiek worden technieken zoals (vacuüm)strippen van ammoniak in combinatie met zure scrubbing, en fosforuitloging getest in zowel een labo- als industriële omgeving.

Het BioDEN project ving begin januari 2022 aan en loopt twee jaar. Het is een samenwerking tussen Biogas-E, KU Leuven, UGent, Marmara University (Turkije), VCM en Ostim Enerjik (Turkije). Dit artikel biedt een overzicht van de verwezenlijkingen van het eerste projectjaar, alsook een vooruitblik op het komende onderzoek.

• Significante meerproductie biogas bij navergisting van gestript digestaat
• Stripping scrubbing recupereert N uit digestaat als ammoniumcitraat
• Vacuüm stripping verhoogt methaanopbrengst
• P-leaching met afval- en organische zuren
• Op de planning

Significante meerproductie biogas bij navergisting van gestript digestaat

KU Leuven leidt in dit project het onderzoek naar de optimale combinatie van anaerobe vergisting en stikstofrecuperatie uit digestaat. De verhoogde temperatuur en pH toegepast tijdens het strippingsproces verandert immers de structuur van het organisch materiaal, waardoor de bio-beschikbaarheid van de meer recalcitrante componenten verhoogt en opgelost organisch materiaal wordt vrijgesteld. Daarnaast verlaagt het risico op ammoniakinhibitie wanneer gestript digestaat, verarmd aan stikstof, wordt geïntroduceerd in een vergister.

Uit de labschaalexperimenten bleek duidelijk dat een recirculatie van het gestripte digestaat slechts een beperkt meerwaarde bood aan de biogasopbrengst. Een beter rendement wordt behaald bij vergisting van het gestripte digestaat in een navergister. Na labschaal-onderzoek van de ammoniakstrippingscondities wordt één conditie voorgesteld om (mesofiele) navergisting te evalueren.

In een tweede fase werden experimenten uitgevoerd op benchschaal, waarbij de vergisters een actief volume van 45 liter hadden. De resultaten bevestigen dat door de combinatie van ammoniakstrippen en navergisting van het mestdigestaat uit de hoofdvergister, een significante meerproductie aan biogas kan bereikt worden. Deze experimenten werden uitgevoerd met melkveemest als substraat, en zullen herhaald worden met organisch afval als substraat.

Vacuüm stripping verhoogt methaanopbrengst

De opstelling, weergegeven in onderstaande figuur, werd door Marmara University gebruikt voor het uitvoeren van batch vacuüm-stripping experimenten. De experimenten werden uitgevoerd met ruw digestaat verworven van een full-scale vergister gevoed met meer dan 70% kippenmest. Verschillende tijdsduren (30 en 120 minuten), temperaturen (35-50-70 °C) en pH (8-9.5-10.5) werden getest. De desintegratie-efficiëntie werd geëvalueerd aan de hand van de opgeloste en totale chemische zuurstofvraag (CZV), vluchtige opgeloste stoffen en UV254 analyses. Bijkomend werd de totale ammoniakale stikstof (TAN) verwijdering bepaald. Zowel de opgeloste CZV als TAN-verwijdering neemt toe met stijgende temperaturen. Verhogen van de pH resulteert in een verhoogde TAN-verwijdering en een groter aandeel opgeloste CZV.

Vervolgens, werden BMP testen uitgevoerd met het vacuüm gestripte digestaat (vacuüm behandeling bij verschillende temperaturen (50 en 70°C) en pH (8-9.5-10.5)). Uit deze testen kon afgeleid worden dat digestaat, onderworpen aan vacuüm behandeling bij 70°C, zonder aanpassing van de pH resulteert in de hoogste methaanopbrengst. Hierbij was de TAN slechts 16% lager dan in de controle, maar wordt er ongeveer 50% meer methaan geproduceerd. Dit duidt op een verhoging in methaanpotentieel van het digestaat ten gevolge van desintegratie tijdens vacuüm behandeling. Er wordt geconcludeerd dat de overmaat aan NaOH, gebruikt voor de pH-aanpassingen in de vacuüm experimenten tot een pH 10.5, de methaanproductie inhibeert ten gevolge van een hoge natriumconcentratie (± 2.900 mg/l).

Volgend op de BMP testen werd het effect van vacuüm behandeling op methaanproductie onderzocht in dagelijks gevoede, geroerde anaerobe reactoren. Hiervoor werden twee 6 liter laboschaal mesofiele reactoren opgestart en gedurende een periode van meer dan 300 dagen operationeel gehouden. Het experiment is lopende en de eerste resultaten worden binnen drie maanden verwacht.
 

Voor meer informatie, contacteer baris.calli@marmara.edu.tr (Engels)

P-leaching met afval- en organische zuren

Universiteit Gent, meer bepaald het Re-Source Lab, recupereert fosfor vanuit de vaste fractie van het digestaat via zure uitloging en laat het vervolgens neerslaan als struviet, Ca-fosfaat of Mg-fosfaat. Om dit te bereiken, worden zowel conventionele zuren (zwavelzuur, citroenzuur) als alternatieve zuren (herwonnen scrubbing-vloeistoffen van de stripping-scrubbing tests uitgevoerd door KU Leuven, afvalzuren verkregen van Solvakem) ingezet. Een hoog verbruik van chemicaliën is onvermijdelijk in dit proces en stelt nadelige implicaties op het gebied van kosten en veiligheid. Het gebruik van (gerecycleerde) organische zuren, bv. citroenzuur, is in dat opzicht interessant doordat deze minder gevaarlijk en duurzamer zijn dan hun anorganische tegenhangers.

Tot nu werden P-leaching testen uitgevoerd met de inzet van zwavelzuur en citroenzuur bij verschillende L/S ratio’s (0.5:1-5:1) in een brede pH screening (pH 3-6), om zo P-vrijstellingscurves te verkrijgen. Het P-rijke percolaat is gekarakteriseerd en werd vervolgens gebruikt om P te reprecipiteren. De experimenteel bepaalde optimale condities zullen in de volgende P-leaching testen met alternatieve zuren gebruikt worden.

Voor meer informatie, contacteer cagri.akyol@ugent.be (Engels)

Op de planning

Binnenkort start KU Leuven de experimenten op grote schaal, waarbij een stripping-scrubbing installatie zal worden gekoppeld aan twee full-scale vergisters. De verzamelde data wordt nadien toegepast door VCM en Biogas-E om een economische, technologische en ecologische studie van de verschillende recuperatiemogelijkheden uit te voeren.

Marmara University startte deze maand met een laboschaal trial waarbij Fe-gemodificeerde biochar ingezet wordt als fosfaatadsorbens. Hierbij worden twee verschillende biochar modificatiemethodes onderzocht. Daarnaast wordt de herwinning van fosfor uit de vloeibare fractie van digestaat in de vorm van struviet getest in een pilootschaal kristallisator. Verschillende testcondities worden onderzocht en geoptimaliseerd.

Verder start Universiteit Gent dit jaar met potproeven en bodem incubatie experimenten samen met een grondige karakterisatie van de kwaliteit van de bekomen producten, zoals nieuwe N-gebaseerde meststoffen (bv. ammoniumsulfaat, ammoniumcitraat en ammoniumbicarbonaat), P-gebaseerde meststoffen (bv. calciumfosfaat, struviet, P-geadsorbeerd biochar), en nutriëntenarme maar koolstofrijke biosolids die gebruikt kunnen worden als bodemverbeteraar.

Wenst u meer informatie over het BioDEN project in het algemeen of wilt u het project van dichterbij opvolgen? Contacteer: info@biogas-e.be

Met de steun van:

(1) Europese commissie. (2022, 9 november). Voedselzekerheid: Commissie neemt maatregelen om de beschikbaarheid en betaalbaarheid van meststoffen in de EU en wereldwijd te waarborgen. Europese Commissie. https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/IP_22_6564