Kostprijsreductie bioenergie door Chemical Free Ammonium Recovery
Agenda

Kostprijsreductie bioenergie door Chemical Free Ammonium Recovery

Projecttitel: Kostprijsreductie bioenergie door Chemical Free Ammonium Recovery (NoChemNAR)
Projectnummer: TEHE119005
Looptijd: 2019 – 2023
Budget publiek: € 1.186.041
Betrokken partijen: Nijhuis Water Technology, Technische Universiteit Delft, Waterstromen Lichtenvoorde, Waterschap Rijn en IJssel, Waterschap De Dommel, Biotamax Nutrients Holding


Bij anaerobe omzetting van biomassa wordt de in de biomassa vastgelegde stikstof vrijgemaakt in de vorm van ammonium. Dit ammonium heeft belangrijke remmende/beperkende effecten op de vergisting en daarmee op productie van biogas, doordat:

  • ammonium in hoge concentraties een toxisch effect op (vooral) de methaan-producerende micro-organismen;
  • conventionele zuivering van ammonium houdend afvalwater door nitrificatie/de-nitrificatie de inzet van een koolstofbron (gedeeltelijke by-pass van het afvalwater langs anaerobe zuivering) vereist dat daardoor niet in biogas wordt omgezet;
  • de aanwezigheid van ammonium in digestaat van vergisting leidt tot beperkingen bij de afzet/verwerking van dit digestaat.

Ammonium recovery met de huidige generatie ammoniumstrippers, zoals de bestaande Nijhuis Ammonium Recovery (NAR) oplossing, vormt slechts ten dele een antwoord op deze beperkingen, doordat:

  • kosteneffectieve mogelijk is bij NH4-N gehaltes van minimaal circa 2.700 mg/L, waardoor toepassing bij RWZI Slibgisting en AWZI economisch niet haalbaar is, en de businesscase bij Allesvergisting wordt beperkt;
  • deze systemen zich kenmerken door een hoog verbruik aan chemicaliën, waaronder natronloog, hetgeen de kosteneffectiviteit beperkt, de duurzaamheid van de oplossing vermindert, en het risicoprofiel van de oplossing verhoogt;
  • de waarde van ammoniumsulfaat als product van deze systemen nihil is vanwege beperkingen in de afzet en toepassing.

Doel van het project

Om tot een kosteneffectiever en breder toepasbaar systeem voor ammoniumrecovery te komen (nieuwe toepassingen zoals RWZI Slibgisting en AWZI), heeft Nijhuis Water Technology (NWT) een uitgebreide modelstudie uitgevoerd, welke heeft geleid tot een volledig nieuw conceptueel procesontwerp. De beoogde nieuwe procesopzet (NextGenNAR) biedt perspectief op een reductie van de investeringskosten tot > 30% t.o.v. conventionele ammonium recovery (zoals NAR). Tevens wordt de inzet van natronloog geheel geëlimineerd, waarmee een reductie tot 40% van de operationele kosten kan worden gerealiseerd. Het onderzoek laat zien dat het mogelijk is om met bipolaire elektrodialyse ammoniumsulfaat om te zetten in ammoniumhydroxide, waarbij zwavelzuur wordt vrijgemaakt dat weer in de wasser kan worden ingezet. Hiermee wordt ammonium in een hoogwaardig product vastgelegd (met toepassingsmogelijkheden zowel binnen als buiten de landbouw) en kan de inkoop van zwavelzuur voor het bedrijven van de wassers tot vrijwel nihil worden gereduceerd. Om de beoogde technologie te ontwikkelen en testen willen Nijhuis Water Technology, Technische Universiteit Delft, Waterschappen Rijn en IJssel en de Dommel en Waterstromen een gezamenlijk project uitvoeren met het volgende gefaseerde projectdoel:

  1. onderzoek naar en ontwikkelen van het NextGenNAR proces, alsmede de validatie van dit proces in een veldexperiment met een pilotopstelling voor toepassing bij AWZI en RWZI Slibvergisting;
  2. onderzoek naar en ontwikkelen van een add-on oplossing op basis van Bipolaire Elektrodialyse voor het verwerken van ammoniumsulfaat uit NAR tot een goed vermarktbaar ammoniumhydroxide product en zwavelzuur dat geschikt is voor hergebruik in de NAR, alsmede de validatie van dit proces in een pilotopstelling;
  3. integratie van onderzoeksresultaten tot een integraal NoChemNAR procesontwerp, en het beoordelen van de businesscases hiervan voor toepassing bij Mestvergisting, Allesvergisting, RWZI Slibvergisting en AWZI.

Resultaat

Concrete beoogde resultaten van het project zijn:

  • Op pilotschaal gevalideerd NextGenNAR procesontwerp, dat zich kenmerkt door zeer goede schaalbaarheid, een 40% lagere installatiekostprijs dan de bestaande NAR, en de mogelijkheid voor reductie van de kostprijs van bio-energie (bij RWZI Slibgisting, Allesvergisting en Mestvergisting) en verhoogde bioenergieproductie bij afvalwaterbehandeling (AWZI).
  • Op pilotschaal gevalideerd procesontwerp voor verwerking van ammoniumsulfaat tot ammoniumhydroxide en zwavelzuur door middel van bipolaire elektrodialyse dat als Add-on op ammoniumstrippers kan worden toegepast.
  • Op pilotschaal gevalideerd procesontwerp voor NoChemNAR proces waarin voorgaande processen zijn geïntegreerd, waarvan de toepasbaarheid en economische haalbaarheid aannemelijk is gemaakt, en dat zich kenmerkt door een verdergaande reductie van de kostprijs van de bio-energie (RWZI Slibgisting, Allesvergisting, Mestvergisting en AWZI)