De successen van het BioDEN project

English version in attachment

Het doel van het CORNET-TETRA-project BioDEN is om extra inkomsten te creëren voor de biogassector door een hogere waarde voor het digestaat te bereiken en de productie van biogas en biomethaan te verhogen. Het project richt zich op verschillende elementen: (i) verbeterde biogasproductie via anaerobe vergisting (AD), (ii) ammoniakterugwinning via stripping en scrubbing, (iii) fosforterugwinning via precipitatie en adsorptie. 

Verhoogde biogasproductie

Recirculatie van vacuüm gestript digestaat, afkomstig van stikstofrijke kippenmest, reduceerde de totale ammoniakale stikstof in de vergister met 27%. Dit verhindert inhibitie van het vergistingsproces en resulteert in een toegenomen methaanproductie van 0,31 L/g-VS ten opzichte van de testreactor waar wel inhibitie optrad.

De laboschaalexperimenten met runderdrijfmest toonden duidelijk dat recirculatie van luchtgestript digestaat slechts een beperkte meerwaarde biedt aan de biogasopbrengst wanneer geen stikstofinhibitie optreedt. Een beter rendement wordt behaald bij vergisting van het gestripte digestaat in een navergister. Semi-continue lange termijntesten tonen een bijkomende biogasopbrengst van 6,5 L/kg mest. Hetzelfde hoge resultaat wordt niet gehaald bij pilootschaaltesten met een mengsel van mest en organisch biologisch afval. Navergisting is met name interessant bij vezelrijke en recalcitrante inputstromen.

Terugwinnen van stikstof

Een hogere strippingtemperatuur (70°C) levert betere resultaten op voor de solubilisering van het organisch materiaal en voor de TAN-verwijdering. Het effect van een verlaging van de pH (van 9,5 naar 8) is zeer beperkt. De bekomen stikstofrijke luchtstroom wordt typisch gescrubd met zwavelzuur. Het project zocht een veiliger en duurzamer organisch alternatief in citroenzuur en afvalzwavelzuur. Op laboschaal kon 91% van de stikstof aanwezig in digestaat van rundermest gerecupereerd worden in zwavelzuur (1 M) en 84% in citroenzuur (60 g/L) met een eindconcentratie van respectievelijk 4,5 g N/kg en 6,2 g N/kg. Tijdens pilootschaaltesten daalt de strippingsefficiëntie drastisch tot gemiddeld 52%. De stikstofconcentraties in de ammoniumzouten met zwavelzuur, afvalzuur en citroenzuur zijn beduidend hoger en bedragen respectievelijk 88 g TAN/kg, 74 g TAN/kg en 75 g TAN/kg.

Voor meer informatie, contacteer lise.appels@kuleuven.be

Uitloging van fosfor en precipitatie op boerderijschaal

Fosforterugwinning uit de vaste fractie van digestaat werd uitgevoerd op boerderijschaal op de Ivaco-locatie door UGent Re-Source Lab. In eerste instantie werden er laboratoriumtests uitgevoerd waarna deze verder werden opgeschaald. Het is de bedoeling om de uitloging van fosfor uit de vaste fractie van digestaat met behulp van zwavelzuur te valideren gevolgd door precipitatie van struvietachtige eindproducten. Ondanks lagere fosforterugwinningspercentages op boerderijschaal in vergelijking met de tests op laboratoriumschaal, werden nog steeds met succes struvietachtige precipitaten verkregen. Lagere terugwinningspercentages komen vaak voor wanneer processen worden opgeschaald vanwege een minder gecontroleerde werkomgeving, zoals de ontwikkeling van dode zones in mengtanks en/of een lagere snelheid van de centrifuge op grote schaal. 

Op 30 april 2024 vond een excursie en demonstratie op de pilootlocatie plaats, georganiseerd door het UGent Re-Source lab, met de deelname van Biogas-E en VCM. Hieronder worden enkele sfeerbeelden weergegeven, breng ook een virtueel bezoek aan de pilootinstallatie via dit filmpje.

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

Fosfaat terugwinning uit de vloeibare fractie van digestaat (LFD)

In taak 3.1 evalueerde Universiteit Marmara de toepasbaarheid van struvietkristallisatie voor het terugwinnen van fosfaat uit de vloeibare fractie van digestaat (LFD). De optimale omstandigheden werden bepaald aan de hand van labo testen met enerzijds synthetische fosfaatoplossing en anderzijds 
digestaat. De efficiëntie van fosfaatterugwinning werd bepaald en de samenstelling van de teruggewonnen producten werd geanalyseerd met behulp van X-ray diffraction (XRD) en scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX). 

De experimenten werden in eerste instantie uitgevoerd in batchmodus met een 4,5 L opstroom reactor (FBC) gevuld met 3,5 L digestaat van kippenmest. De LFD werd gecirculeerd vanaf de bodem van de FBC met een opwaartse stroomsnelheid van 20 cm/min gedurende 24 uur. MgCl₂ werd toegevoegd om de molaire Mg:P-verhouding aan het begin van het experiment op 1:1 te brengen. Bijna 80% van het fosfaat werd teruggewonnen in 24 uur en 75% van de terugwinning werd bereikt in het eerste uur. 

Na het voltooien van de laboschaal-batchexperimenten werd een opstroomreactor op pilotschaal geïnstalleerd in de biogasinstallatie van SELEDA in Babaeski, Turkije. SELEDA is een van de KMO's in de gebruikersgroep van het BiODEN-project. In elk experiment werkte de proefreactor gedurende 6-8 uur, met een continue toevoer van LFD met een snelheid van 160-180 L/u. De opwaartse stroomsnelheid werd aangepast tot 1800-2000 L/u met behulp van interne recirculatie.

Net als bij de labo experimenten werd ongeveer 80% van het fosfaat uit de LFD verwijderd door struvietkristallisatie in de continu gevoede opstroomreactor op pilotschaal. De bovenstaande figuur toont het schema van de proefopstelling en een foto die tijdens de werking is genomen.

In taak 3.2 werd de toepasbaarheid van Fe-gemodificeerde biochar als adsorbens voor fosfaatterugwinning uit de vloeibare fractie van digestaat (LFD) beoordeeld. Hoewel biochar een relatief goedkoop adsorbens is, maakt het negatief geladen oppervlak het ongeschikt voor fosfaatadsorptie. In deze studie is biochar uit gemalen maïskolven gemodificeerd met ijzer om de adsorptiecapaciteit van fosfaat te verhogen. De productie van Fe-gemodificeerde biochar wordt in de volgende figuur beschreven als een stroomschema. 

Fe-gemodificeerde biocharmonsters werden getest in batchproeven op laboschaal met synthetische en digestaatmonsters voor fosfaatterugwinning. 50 mL digestaat van kippenmest met een PO₄^-3-P concentratie van 230 mg/L werd gevuld in glazen kolven van 100 mL zonder pH-aanpassing. De kolven werden 90 minuten geschud. 

Op basis van de resultaten werd de adsorptiecapaciteit van Fe-gemodificeerde biochar voor fosfaat geschat op 33 mg/g volgens het Langmuir adsorptiemodel. Naarmate de biochar dosering toenam, nam ook de fosfaatverwijdering toe tot 93%. Er wordt echter opgemerkt dat de fosfaatadsorptiecapaciteit van de Fe-gemodificeerde biochar afnam met een omgekeerde evenredigheid met de verwijderingssnelheid. Samenvattend wordt geconcludeerd dat Fe-gemodificeerde biochar een veelbelovend adsorbens is voor fosfaatterugwinning.

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

Agro-ecologische beoordeling van de organische meststoffen

De potentiële fosforhoudende meststoffen teruggewonnen uit de vloeibare fractie (zie Factsheets 3.1 en 3.2) en vaste fractie (zie Factsheets 3.3 en 3.4) van digestaat werden getest in potproeven met raaigras en vergeleken met commerciële minerale fosforhoudende meststof (tripelsuperfosfaat - TSP) door UGent Re-Source Lab. Raaigras werd gedurende 12 opeenvolgende weken onder gecontroleerde omstandigheden geteeld. Alle struvietachtige meststoffen presteerden vergelijkbaar met TSP, met hoge fosformeststofvervangingswaarden (PFRV) variërend van 98% tot 128% in de derde snede. Ijzer-gemodificeerde biochar had daarentegen een significant lagere PFRV van 58%. Daarnaast vertoonde toevoeging van ammoniumcitraat geen opmerkelijke verbetering van de fosforopname. 

De restfractie van het digestaat, na terugwinning van stikstof en/of fosfor, werd ook geëvalueerd op zijn potentieel als bodemverbeteraar. De koolstofmineralisatie van zowel de P-arme als de N- en P-arme fracties stabiliseerden rond 15% van de toegevoegde koolstof, wat wijst op een veelbelovend resultaat voor hoge effectieve organische materie.

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

Een van de vernieuwingen van het project is het combineren van de eerdergenoemde technologieën in zes verschillende technologiecascades. De technische, economische en ecologische prestaties van de verschillende cascades ten opzichte van de huidige situatie zijn onder evaluatie. Blijf zeker de projectwebsite in de gaten houden om de laatste resultaten te bekijken.

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

Met de steun van: