Zuiveringsslib, lignine en boomschors zijn in principe prima geschikt om elektriciteit en warmte op te wekken. Het probleem is dat die opgewekte energie niet goed valt op te slaan. Je moet het direct gebruiken. Je kunt het echter ook anders doen door er een brandbaar gas van te maken. Dan is het opslagprobleem opgelost.
Bestaande technologieën, zoals die worden toegepast bij houtvergassingscentrales, hebben echter één groot nadeel. Het gas dat zo wordt gewonnen, heeft een hoog stikstofgehalte. Om daar echt groen gas (synthetisch aardgas) van te maken, moet de stikstof eerst tegen hoge kosten worden verwijderd. Een ander probleem bij vergassingsprocessen met zogenaamde vaste bedden waarop de biomassa wordt verbrand, is dat ze een homogene brandstofsamenstelling vereisen. De chemische samenstelling, het asgehalte en het watergehalte van de aangeleverde biomassa als slib en boomschors, variëren in de praktijk.
Wervelbedproces
Het Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften an der TU Wien, onderzoekt al enkele decennia een CO2-neutrale technologie voor de omzetting van biogene reststoffen in alternatieve energie. Dit onderzoek resulteerde in het wervelbedproces met twee branderbedden, dat al op industrieel niveau wordt gebruikt om gas te genereren uit houtsnippers en boomschors. In Oostenrijk, Duitsland en Zweden en in enkele Aziatische landen werken al verbrandingscentrales met zulke ovens.
In het lopende ReGas4Industry-project voert het instituut samen met de SMS Group, een wereldwijde partner voor de metaalindustrie, onderzoek uit naar de beste verbrandingsmethodes. Het team heeft een experimentele installatie ontwikkeld die geschikt is voor een breder scala aan biogene residuen (brandstoffen). Verschillende procesketens maken niet alleen de productie van synthetisch gas mogelijk. Er kunnen ook hoogzuivere waterstof en vloeibare brandstoffen met dieselachtige eigenschappen worden geproduceerd.
De proefinstallatie lost ook het probleem van de stikstof op. Het gewonnen gas bevat nauwelijks stikstof. De proefinstallatie wordt gebruikt om de brandstofeigenschappen van verschillende biogene residuen te onderzoeken. De focus ligt op zuiveringsslib, vergistingsresiduen van een biogasinstallatie, afval uit de papier- en pulpindustrie, boomschors en lignine.
Vergassen van biogene afvalstoffen
Het proces verloopt via twee reactoren: een voor de gasproductie en een voor de verbranding. De basis voor de verschillende syntheses is het productgas. Het wordt geproduceerd in de gasgeneratiereactor, waar de biogene resten worden blootgesteld aan hoge temperatuur en stoom. De delen van de biogene residuen die niet in gas worden omgezet, komen in de verbrandingsreactor terecht. Daar worden ze verbrand en leveren ze de nodige energie voor de gasproductie.
De warmte wordt overgedragen door heet zand dat tussen de reactoren circuleert. In een volgende stap wordt het productgas eerst gezuiverd en vervolgens gesynthetiseerd (methanatie). Hierbij wordt de koolmonoxide of kooldioxide in het productgas met waterstof omgezet in synthetisch aardgas. De alternatieve energieën die uit het proces voortkomen zijn methaan en hythanen. Hythanen zijn een mengsel van waterstof en methaan.
In de synthese worden de mechanismen van de verschillende biogene residuen onderzocht. De onderzoekers modelleren de experimenten door middel van processimulatie om gegevens te verzamelen over technologie, economische efficiëntie en milieuvriendelijkheid. Op deze manier moeten de mogelijkheden voor industriële implementatie worden gedemonstreerd.
Kooldioxide versus waterdamp
Vergassing wordt meestal uitgevoerd met stoom, omdat een hoger percentage waterstof nodig is voor diverse synthesereacties. In de experimentele installatie van de Technische Universiteit van Wenen kan CO2 of een mengsel van CO2 en stoom worden gebruikt als alternatief voor stoom. Als biogene residuen worden vergast met kooldioxide, is het aandeel koolmonoxide in het productgas hoger. Hierdoor kan CO2 worden gerecycled.
Bovendien zou dit product gas ook kunnen worden gebruikt voor een power-to-gas-concept. “Als we vergassen met kooldioxide, hebben we een hoger koolmonoxidegehalte in het productgas. Om dit gas te kunnen methaneren, is het nodig om extra waterstof toe te voegen. Bijvoorbeeld door middel van elektrolyse. De waterstof in het productgas is niet voldoende”, legt projectlid Alexander Bartik van het Institute of Process Engineering, Environmental Engineering and Technical Biosciences van de TU Wien uit.
Plastic uit huishoudafval
De onderzoekers hebben sinds april 2019 al verschillende biogene residuen in de gasproductie getest. Daarbij kan zelfs plastic afval van gesorteerd huishoudelijk afval worden omgezet in gas. “Dat is geen biogeen residu en het is niet CO2-neutraal. Maar de koolstof kan in ieder geval nog een keer worden omgezet in een energiedrager voordat het in de atmosfeer ontsnapt”, legt Bartik uit.
Schors en zuiveringsslib waren echter het meest veelbelovend. De opbrengst was ongeveer 10,5 petajoule synthetisch aardgas afkomstig uit de in Oostenrijk beschikbare voorraden schors. Bij het zuiveringsslib ging het om 1,3 petajoule. Dit komt overeen met ongeveer 3,7 procent van het jaarlijkse aardgasverbruik in Oostenrijk.
Het betekent tevens een enorme besparing van CO2-equivalenten op. Het vervangen van slechts 1 procent van het aardgas door synthetisch aardgas levert een besparing op van 121.600 ton CO2-equivalenten per jaar. De mogelijkheden zijn echter eindeloos”, verklaart Florian Benedikt van het Instituut voor procestechniek, milieutechniek en technische biowetenschappen van de Technische Universiteit van Wenen.
Boomschors
Boomschors verdient uit technisch oogpunt de voorkeur. Het biedt de beste brandstofeigenschappen en leidt tot productgas van hoge kwaliteit. De kwaliteit van het productgas uit zuiveringsslib is in vergelijking minder goed en moet meer gezuiverd worden. Het synthetische aardgas (SNG) dat in de testfabriek wordt geproduceerd, is geschikt voor gebruik door huishoudens en voor industriële processen. Geschikte industriële processen zijn bijvoorbeeld draaitrommelovens in de papier- en pulpindustrie en in de cementindustrie. Synthetisch aardgas kan ook worden gebruikt voor hoogovens in de staalindustrie.
Ook interessant: Hernieuwbare Energie: met stroom gas maken
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
