Biogasbehandeling

Procesbeschrijving

De hoofdbestanddelen van biogas zijn methaangas en koolstofdioxide. Daarnaast bevat biogas ook waterstofsulfide, ammoniak en water.

De gevormde hoeveelheid biogas is typisch 0,3-0,5 m³/kg verwerkte organische stof. De biogasopbrengst per ton varkensmest wordt geschat op 10-35 m³/ton vers materiaal. Voor kippenmest bedraagt de biogasproductie ongeveer 70 m³/ton vers materiaal. De gevormde hoeveelheid biogas uit rundermest wordt geschat op 0,2 m³/kg ODS. Algemeen geldt dat de biogasproductie groter is naarmate het organische stofgehalte in de inputstromen hoog is, het materiaal vetrijk is en goed afbreekbaar is. Een overzicht van de biogasopbrengst voor de verschillende inputstromen is terug te vinden in o.a. Beco et al., 2006 (zie http://www2.vlaanderen.be/economie/energiesparen/doc/brochure_vergisting.pdf).

Enkele voorbeelden van zeer goed vergistbare materialen zijn zetmeel en suikers. Vetten en eiwitten zijn eveneens goed vergistbaar. Vezelrijke gewassen zijn moeilijk vergistbaar. Lignine in houtachtig afval is niet vergistbaar. De verbrandingswaarde van biogas bedraagt 18-22 MJ/Nm³ of 5,0-6,1 kWu/m³.

Het biogas dat wordt gevormd tijdens de eigenlijke vergisting kan worden opgevangen in een gasopslag boven de vergister of in een aparte gasopslag. De vergiste mest kan nog verder behandeld worden in een navergister, om de laatste resten biogas uit de mest te halen. Opslag van biogas is aangewezen om fluctuaties in hoeveelheid en samenstelling op te vangen.

opmerking:
De biogasopslag dient voorzien te zijn van een overdrukbeveiliging met een overdrukventiel (met een waterslot of evenwaardige techniek), en voor installaties met een totale jaarlijkse capaciteit >5.000 ton input gevolgd door bv. een afblaasinstallatie, een noodbrander, een (gesloten) fakkel, een tweede motor of een stoomketel (zie ook Beschikbare milieuvriendelijke technieken - overige - Veiligheid op het bedrijfsterrein en ter hoogte van de (mest)covergistingsinstallatie garanderen).

Alvorens het gevormde biogas te kunnen valoriseren, dient het gezuiverd te worden. Zuivering houdt in dat componenten zoals H₂S, NH₃, CO₂ en H₂O uit het biogas verwijderd worden.

opmerkingen:

• De BREF Waste Treatments Industries (WT) vermeldt dat, naast zuivering van het biogas vóór valorisatie, ook geopteerd kan worden voor de behandeling van de emissies na verbranding van het biogas.
• Sommige inputstromen veroorzaken mogelijk verhoogde concentraties van bepaalde componenten in het biogas, bv. H₂S in het geval van eiwitrijke inputstromen, melasse. Ook aangewende hulpmiddelen (bv. zwavelzuur [1]) kunnen verhoogde H₂S-concentraties in het biogas veroorzaken.

- Voor ontzwaveling (verwijderen van H₂S) van biogas kunnen bijvoorbeeld de volgende technieken worden toegepast:

• chemische precipitatie (bv. toevoegen FeCl₃);
• biologische behandeling (met beluchting in/buiten de vergister);
• gaswasser (toevoeging van H₂SO₄);
• adsorptie (bv. actief koolfilter, ijzerhoudende materialen zoals ijzerkrullen);
• biowasser, biofilter, enz.

opmerking:
Ontzwavelen van het biogas wordt in de praktijk toegepast omwille van technische bepalingen van een motor. Technische ingrepen om motoren te beschermen tegen corrosie situeren zich veelal op het vlak van pH-meting en het tijdig vervangen van de olie.

- NH₃-verwijdering uit het biogas kan bijvoorbeeld door toepassing van:

• gaswasser;
• biologische filter.

- CO₂ kan bijvoorbeeld met volgende technieken uit het biogas worden verwijderd:

• adsorptie in water;
• absorptie in polyethyleenglycol;
• moleculaire zeven;
• membraanfiltratie;
• adsorptie en regeneratie door drukvariatie (VPSA);
• cryogene opwerking.

- Voor de verwijdering van water (H₂O) uit het biogas kunnen de volgende technieken worden toegepast:

• droging;
• condensatie.

Zie ook Beschikbare milieuvriendelijke technieken - overige - biogasbehandeling optimalisatie.

De valorisatie van het biogas is een onderwerp dat buiten de scope van deze BBT-studie valt en wordt bijgevolg niet in detail behandeld in deze BBT-studie. Mogelijke (theoretische) opties voor de valorisatie van het gezuiverde biogas zijn:

• verbranding (WKK, ketel, noodfakkel in het geval van calamiteiten)
  • Verbranding van biogas is behandeld in de BBT-studie voor verbranding van hernieuwbare brandstoffen [2] (Goovaerts L. et al., 2008).
  • In Vlaanderen wordt het biogas veelal gevaloriseerd in het productieproces (bv. via een WKK). Het overschot aan biogas wordt veelal afgefakkeld.
• injectie in het aardgasnet
  • Anno 2010 wordt injectie van biogas uit (mest)covergistingsinstallaties in het aardgasnet (nog) niet toegepast in Vlaanderen. Wel is er hieromtrent voorbereidend studiewerk in uitvoering, o.a. door de aardgasbeheerders.
  • Injectie in het aardgasnet wordt wel al toegepast in Duitsland.
  • Meer informatie over de stand van zaken over deze valorisatietechniek is raadpleegbaar via www.ode.be, www.vreg.be of www.creg.be.
• gebruik als vervoersbrandstof
  • Het gebruik van biogas als vervoersbrandstof wordt voor zover gekend anno 2010 (nog) niet toegepast in Vlaanderen (dit is wel het geval in Duitsland).

Milieu-impact

Bij biogasbehandeling komen mogelijk luchtemissies vrij. Ook afvalstoffen (bv. ijzerhoudend slib of materiaal, filtermateriaal) kunnen ontstaan, al naargelang de toegepaste behandelingstechnieken. In het geval van gaswassing komt afvalwater (spuiwater) vrij. Bij condensatie komt ook afvalwater (condenswater) vrij.

opmerking:
Er komen ook emissies vrij bij de verbranding van het biogas (bv. stof, roet, TOC, NO_x en CO). Gezien valorisatie (verbranding) van het biogas buiten de scope van deze BBT-studie valt, worden deze emissies niet verder behandeld.