Mestbewerking en mestproducten

Dairy Campus De waarde van mest 28 maart 2013

Nico Verdoes

Wageningen UR

Livestock Research

Gemiddelde samenstelling drijfmest

Droge stof (%)

Org. stof (%)

N-totaal (g/kg)

N-NH4 (g/kg)

P2O5 (g/kg)

K2O (g/kg) N/P

Rundveedrijfmest 9,0 6,8 4,9 2,6 1,8 6,8 2,7

Zeugendrijfmest 5,5 3,4 4,2 2,5 3,0 4,2 1,4

Vleesvarkensdrijfmest 9,0 6,0 7,2 4,2 4,2 7,2 1,7

Potentiële waarde van mest*

gehalte1)

(kg/m3)

prijs2)

(€/kg)

waarde

(€/m3)

Stikstof anorganisch (N) 3 0.340 € 1.02

Kalium (K2O) 8 0.213 € 1.70

Fosfaat (P2O5) 3.7 0.390 € 1.44

Organische stof (vaste fase) 40 0.104 € 4.16

€ 8.321) Römkens and Rietra (2008); 2) LEI land- en tuinbouwcijfers 2009; 25% van de kunstmestmarktprijs: KAS (N), TSP( P2O5) en K60 (K2O)

Bron: Schoumans et al. (2011)

*: Gemiddelde samenstelling van 80 monsters dunne varkensmest (BLGG)

Producten na

mestbe-/verwerken

energie

ingedikte mest (10-35% ds)

compost (50-60% ds)

mestkorrels (>85% ds)

minerale as (10 % P)

mineralenconcentraten (N, NK, NPK)

ammoniumsulfaat (N,S), -nitraat

struviet (veel P !)

effluenten (‘loosbaar water’)

special products

Drijvende krachten

● EU-nitraat richtlijn: 50 mg N/liter grondwater

● Fosfaatnormen aangescherpt t/m 2013/2015

● Subsidie voor duurzame energie (biogas / verbranding / warmtebenutting)

● Plannen voor verplichte mestverwerking

Veel initiatieven voor mestverwerking

Realisatie?

Hoeveelheid (verwerkte) mest in NL

Totale mestproductie: 69 M ton in 2011

● Rundvee: 55 M ton

● Varkens: 12.5 M ton

● Pluimvee: 1.5 M ton

180.000 ton fosfaat; 1/3 deel niet plaatsbaar in 2015

Verwekte mest: 4 tot 6 M ton

(Timmerman & De Buisonjé, 2010)

Doel van mestverwerking

1 Volume reductie (transport kosten)

2 Geschikt export product

3 Energiewinning: biogas

4 Kunstmest vervangen

5 Producten hoger in waarde piramide

Biomass utilization

Inhoud presentatie

Mestscheiden Transport, aanwending

Mest vergisten Energie, aanwending

Mineralenconcentraten Kunstmest vervangen

N en P terugwinnen Mineralen uit elkaar

Composteren en drogen Mineralen bij elkaar

Waarom scheiden?

Scheiden geeft fracties met andere samenstelling

● N/P ↑↓

● Nm/Ntot ↑↓

Besparen op afzetkosten drijfmest / digestaat

Dikke fractie (fosfaatoverschot) afvoeren naar composteren, drogen, korrelen, export etc

Maar vooral voordeel als er eigen grond is!

Kansen voor afzet in akkerbouw

● Vaste mest - akkerbouw op klei

● Dunne fractie - akkerbouw op zand

Vijzelpers of centrifuge

Lager scheidingsrendement Goedkoper Lager energieverbruik Minder onderhoud Lagere capaciteit

Hoger scheidingsrendement Duurder Hoger energieverbruik Meer onderhoud Hogere capaciteit

Kenmerken mestscheiders Type m3/uur Rendement

(P)

DS% dik Invest

K euro

KWh/m3 € / m3

Trommel,

scherm, zeef

10-20 <<30% <25% 10-30 0.5 0.81

Vijzelpers 4-15 20-40% 25-35% > 25 1.0 1.02

Zeefbandpers 4-30 50-70% 20-25% > 70 0.1 3.11

Centrifuge 4-100 60-70% 25-30% > 100 2.5 3.30

zeefbandpers

trommel-

scheider

zeefschermscheider

Mestscheiden: let op

• Toeslagstoffen bij scheiding (zoals Fe/Al, Cl/SO4)

• Gehalten van opgeloste bestanddelen wijzigt niet

K2O 5,9 g/kg

Cl- 1,7 g/kg

Na2O 0,9 g/kg

SO3- 1,7 g/kg

Waarom mestvergisting?

Reductie broeikasgassen

Opwekking duurzame energie

Landbouwkundige voordelen

● Ziektekiemen en onkruidzaden

● Stikstofwerking

● Geur

Ca. 2.500.000 MW uit rundermest!

Vergelijking mest en digestaat

Droge

stof (%)

Org.

stof (%)

N-totaal

(g/kg) N-NH4

+ (g/kg)

P2O

5

(g/kg) K

2O

(g/kg)

Rundveedrijfmest 9,3 7,4 4,3 1,8 1,5 5,6

Digestaat van

rundveedrijfmest met

coproducten 5,4 3,7 3,9 2,4 1,0 5,8

Drijfmest: 40-50 % N-NH4+ van N-totaal, pH 7 - 7,5

Door afbraak van organische stof: Digestaat: 60-70 % N-NH4

+ van N-totaal, pH 8 - 8,5

Regelgeving

Digestaat = mest

vanwege organische stof

Uitzonderingen:

concentraat van omgekeerde osmose (tijdelijk)

loosbaar water na volledige zuivering

as na verbranding dikke fracties

Of afvalstof:

covergisten met < 50 % mest (gew. basis)

coproducten niet op Positieve Lijst (Bijlage Aa/IV)

Monovergisten

Geen levering aan net

Eenvoudige tanks

Mini WKK of turbine

Investerings kosten !

Mineralenconcentraten

Kunstmest

Kunstmest

Mest

Stikstof uit verwerkte mest

Mest

Stikstofopname

door gewas

Stikstof uit mest

(170 of 250

kg/ha)

Huidige situatie Toekomstige situatie

8 pilots: 5000 tot 75000 ton/jr

Voorbeeld 1

Droge mest

Droge mest

Vergister Digestaat Centrifuge

Ultra filtratie

O smos is

Droger

Concentraat

UF

Concentraat

R O

Perme aat

R O

Varkensd rijfmest

Co - producten

Dikke fractie

Dunne fractie

Permeaat Reversed

Osmosis

Covergisten, centrifuge, ultrafiltratie, omgekeerde

osmose

Voorbeeld 2

Zeefband

pers

Flotatie

Reversed

Osmosis

Concentraat

RO

Permeaat

RO

Varkensdrijfmest

Dunne fractie

Dunne fractie

Slib Vaste

mest Dikke fractie

Flocculant

Drijfmest, zeefbandpers, flotatie unit, omgekeerde

osmose

Gemiddelde samenstelling RO concentraat

Gehalte (g/kg)

DS 33,7

N totaal 7,11

N-NH4 6,40

NH4 / N totaal 0,91

N-NO3 <0,01

N-org 0,5

P 0,19

K 7,61

pH=7.8

Aanwending mineralenconcentraat in

aardappelgewas

Gehalten van enkele fracties (in g/kg)

Mestfractie Droge stof

Org stof

N-tot N-amm P K Mg Cl

Dikke fractie 280 210 12 5 7 4 5 1

Dunne fractie 19 7 4 3 0,1 4 0 2

Concentraat UF 40 28 6 3 0,5 4 0,2 2

Permeaat UF 13 4 3 3 0,1 3 0 1

Concentraat RO 35 14 7 7 0,2 8 0 4

Permeaat RO 0,7 0,2 0,5 0,4 <0,01 0,2 <0,01 0,3

Na ionenwisselaar

0,2 0 0,02 <0,01 0,005 0,05 <0,01 0,002

Mineralenbalans

Input

Mest

Output

Dikke

fractie

Concentraat

RO

Permeaat

RO

Ntotaal 100 43 51 2

NH4 100 28 70 3

P 100 96 5 0

K 100 19 78 2

lozen

Mest

DekaStripp

CO2 stripper

NH3 stripper

& ontsluiting

van de

organische

stof

Vergister

WK

K a

ggre

gaat

Scheider 1

Dikke fractie

Aanzuren

Scheider 2

Zeefbandpers

Dun

1

Ele

ktri

cite

it

Dikke

fractie

Spui

Warmte CO2

NH3

Warmte

Dunne

fractie 2

Dun

3

Scheider 3

Bezinktank

Struviet

NH3MgP

O4

Ca(OH

)2

H2SO4

NH3 /

MgO /

MgCl2

Bioga

s

H2SO4

War

mte

wis

sela

ar

Warmte

Warmte

On Farm Mineral Recycling

Processchema raffinage Dairy Campus

Mestraffinage

De Marke Lely/GET

Struviet

MgNH4PO4.6H2O

Samengstelde en langzaamwerkende meststof

Grondstof voor de kunstmestindustrie

Struviet uit mest: nog geen vrije verhandeling als meststof

CDM formuleert advies over opname in Uitvoeringsbesluit Meststoffenwet

In 2015 toegelaten?

varkensmest

Kunstmestindustrie ICL e.a.)

Kunstmest fosfaatas

Kunstmest fosfaat

Fosfor

dunne fractie

natte dikke fractie

P-Biochar

Stedelijk afvalwater

Voorzuivering (N,K & P)

Drogen

Fosforproducent (THERMPHOS)

SNB (slibverwerking) (verbranding & energiewinnig)

RWZI (waterzuivering)

Biomassa centrale (verbranding & energiewinnig)

PYROLYSE Installatie BTG, … ism ECN

Biogas / WKK

droge dikke fractie

Korte termijn

Langere termijn

P terugwinning Schoumans et al., 2011

Fosforterugwinning

Vier hoofdroutes in onderzoek Economische haalbaarheidstudie loopt nog Gescheiden dikke mestfractie opwerken tot zuivere P Gescheiden dikke mestfractie pyrolyseren en product P biochar Gescheiden dunne fractie aanlogen vorming calciumfosfaat Gescheiden dunne fractie aanlogen vorming struviet

LGL-stripper

technologie die ammoniumstikstof stript uit afvalwater naar een (loosbaar) effluent

NH3

Vloeibare Kunstmest

Effluent

Zuur Dunne Mest

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140

Time (hr)

N-r

em

ov

al e

ffic

ien

cy

(%

)

Manure + 0.2 M NaOH ExperimentalManure + 0.1 M NaOH K = 0.008 (no NaOH)Manure + 0.075 M NaOHManure + 0.05 M NaOH

Composteren (thermisch drogen) van dikke fracties

Stabiele organische stof

Minder onkruidzaden en pathogenen

Geschikt voor transport en opslag

Hoge concentratie N,P,K en Mg, S, Cu, Mo, Zn, Se

N-verliezen !

Bedding Master

Onderzoek loopt

Verhitting tot 60-65 gr C

Geen stabiel product

Boxvulling

Export

Indikker en platendroger voor digestaat met WKK-warmte

Luchtwasser !

Drogen

Dikke fractie Mest + cosubstraten, met warmte van WKK Alleen mest vergisten, biogas naar turbine

Stoomdroger voor dikke fractie digestaat met WKK-warmte

Profit

Meerwaarde uit mest / markt

Planet

Sluiten van kringlopen

Bodemvruchtbaarheid

Duurzame energie

Vermijden emissies

People

Imago naar maatschappij

Samenwerking

Duurzaamheid en innovatie

Meststof en grondstof

New legislation coming up in NL...

2013 2015

Southern NL 10 50

Eastern NL 5 30

Other parts NL 0 10

In % of the farm phosphorus surplus to be treated:

New national NL legislation on phosphorus surplus (from 2013), in order to meet European Union Nitrate Directive

Production of phosphate Manure treatment regions

Covergisting: overzicht

90% - 100% van de opbrengsten

0% - 10% van de opbrengsten

40 - 60% van

de kosten

Vergister

Gaszak

WKK

Digestaat

Elektriciteit Biogas

Warm

Water (70/90

)

Bedrijf/Net

Mengtank

Co-producten

Mest

Stalverwarming/ Woning/Derden

60% methaan 35% koolstofdioxide

Biogas ----> 30% elektriciteit 70% warmte