Optimering af energiudbytte og næringsstoffer fra gylle

Transkript

1 Institut for Plante- og Miljøvidkab (PLEN) Optimering af energiudbytte og næringsstoffer fra gylle Lars Stoumann Jen, professor, KU Wibke Christel & Kun Zhu, PhD stud., KU Renata Wnetrzak, PhD stud., Univ. of Limerick, Irland Anita Rye Ottosen, Udviklingsingeniør, Kommune Kemi Robust og bæredygtig bioenergi Seminar hos DONG Energy 5. december 2012

2 Institut for Plante- og Miljøvidkab (PLEN) Clean & environmental friendly animal waste technologies for fertilizer and energy production N fert.+h 2 O System analyse Gylleseparation Væske fraktion Fast fraktion LCA Energiudnyttelse Residue upgrading Energi-bærer P gødning Jordforbedringsmidler

3 Institut for Plante- og Miljøvidkab (PLEN) Idé P recirkulering Omfordeling af nærringsstoffer Energi udnyttelse Stabilitet under transportering & lagring Volumen og vægt reduktion Plante tilgængelighed

4 Institut for Plante- og Miljøvidkab (PLEN) Princippet fiber kompost Svine gylle tank Tilføres i marken væskefraktion 95% inorg. N 80% K % af volumen SEPARATION 50-90% P fiberfraktion 20-70% org. N biokul aske KOMPOSTERING stabil organisk tilsætningsstof PYROLYSE biokul for C sekvestrering FORBRÆNDING aske med højt nærringsstofindhold OPGRADERING gødning Energiudbytte vs. Næringsstofudnyttelse?

5 Fast Pyrolysis Temperature Moderate, around 500 C Pyrolyse metoder Conditions Liquid Gas Char Residence Heating Rate Time Short High heating rate - high energy cost Yield 75 % 13 % 12 % Slow Pyrolysis carbonisation Low, around 400 C Long Low heating rate - low energy cost 30 % 35 % 35 % Fast pyrolysis- fluidized bed reactor (fluidization process) Slow pyrolysis-fixed bed reactor (no fluidization process)

6 Bidrag til energi balancen Percent of products energy,% Fast pyrolysis wood pig manure Separation Drying Pyrolysis Oil Gas Char Percent of products energy, % Slow pyrolysis Separation Drying Pyrolysis Oil Gas Char R Wnetrzak, Univ. of Limerick

7 Institut for Plante- og Miljøvidkab (PLEN) Energi balance for pyrolyse henholdsvis forbrænding Energy yield per t FW DEC KEM MEC Wood Pyrolysis process Dry matter, % of ww 28% 25% 33% 88% Inputs MJ per ton FW Heat for drying Pyrolysis Outputs Bio-liquid Bio-char Gas Energy balance Energy bal., Biochar>land Combustion process Inputs Heat for drying Outputs Energy, Energy balance DEC: Bioforgasset gylle, decantercentrifugeret R Wnetrzak, Univ. of Limerick KEM: Kem. flokkuleret gylle + bælteseparator + skruepresse MEC: Gylle separeret med skruepresse og andre simple mekaniske metoder.

8 Men har biochar så en øget værdi som gødning? N, P, K genfindelse og koncentrationer i biochar Element Biomass, Biochar Recovery Cost % i TS % i TS (%) ( /kg) N P K R Wnetrzak, Univ. of Limerick

9 Department of Plant and Environmental Sciences Aske og biocharproduceret ved forbrænding eller pyrolyse fra C 10 c DGT [mg [mg PO PO 4 -P 4 -P /L /L per g TS gylle-fibre] O 2 forbrændningaske c DGT = Fosfor plantetilgængelighed W Christel, KU Temperaturfor temperaturaftermiskbehandling[ termiskbehandling[ oo C] C]

10 Department of Plant and Environmental Sciences Aske og biocharproduceret ved forbrænding eller pyrolyse fra C 10 c DGT [mg PO 4 -P /L per g TS gylle-fibre] O 2 forbrændningaske -O 2 pyrolysebiochar c DGT = Fosfor plantetilgængelighed W Christel, KU temperaturaftermiskbehandling[ o C]

11 Harbiocharpotentiale for at sænkemark emission af drivhusgassen lattergas? N 2 O -N (mg kg -1 soil) 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 Biochar Effect on N 2 O Emission Cumulative N 2 O emissions at 20 C for 100 days Soil moisture was pf 2, 24.2 % w/w = field capacity situation 46% 62% 0,00 CON SOL SOL+BC COM COM+BC K Zhu, KU CON: control without amendments SOL: separated slurry solids BC: biocharred slurry solids COM: composted slurry solids

12 Kan vi oparbejde de fosforholdige asker? Kommunekemi har, siden 2007, udviklet proces til genanvendelse af fosfor fra fosforholdige asker. Det har resulteret i 4 givtige processer, som er under udvikling, samtidig med at produkterne, fra de 3 processer, er ved at blive testet hos potentielle kunder. Proces 1 Proces 2 Proces 3 Proces 4 Produkt NP gødning Trinatriumfosfat Ammoniumfosfat Calciumfosfat Anvendelse Gødning Industri Industriog gødning Erstatning for fosfatsten Askerenhed Kun rene Alle Alle Alle PO4i aske > 30 % % % 15-50% Kanprocessen realiseres i dag? Nej, da der ikke er aske med høj renhedtil rådighed AR Ottosen, Kommune Kemi Nej, da der ikke er kunder til produktet, eftersom TSP er blevet forbudt i vaskemiddel og opvasketabs Nej,da udbytte er for lavt, hvorfor økonomien bliver for dårlig Ja, indtil videre ses der ingen forhindringerog Kommunekemi er derfor ved at tage patent på processen

13 Institut for Plante- og Miljøvidkab (PLEN) Konklusioner Lavt tørstofindhold i separeret husdyrgødning er den væsentligste barriere ved såvel forbrænding som forgasning/pyrolyse Pyrolyse vil kun undtagelsesvist give et nettoenergiudbytte forbrænding kun et begrænset energiudbytte nødvendigt også at kigge på andre fordele ved proces og restprodukter aske og bíochar Restproduktet biochar fra pyrolyse har ved moderate procestemperaturer ( ) højere P plante-tilgængelighed end tilsvarende aske fra forbrænding Biochar ser ud til at reducere emission af lattergas fra gødet jord mulighed for kombinationsprodukter (fx fiber + biochar) Ekstraktion af P fra biomasse-asker er vanskelig såvel teknisk som markedsmæssigt Yderligere forskning og udvikling vil blive gennemført i projektet i