|
Titel:
|
|
Smelten van biomassa-reststromen en afval tot (duurzame) energie en grondstoffen: een onderzoek naar mogelijke brandstofmengsels en een smeltervoorontwerp
|
|
|
|
Auteur(s):
|
|
|
|
|
|
Gepubliceerd door:
|
Publicatie datum:
|
|
ECN
Biomassa, Kolen en Milieuonderzoek
|
1-5-2006
|
|
|
|
ECN publicatienummer:
|
Publicatie type:
|
|
ECN-C--06-013
|
ECN rapport
|
|
|
|
Aantal pagina's:
|
Volledige tekst:
|
|
54
|
Download PDF
(5750kB)
|
Samenvatting:
Een van de mogelijkheden voor de opwekking van (duurzame) energie is het gebruik maken van biomassa (bijvoorbeeld hout en rioolslib) en afval. Bij de winning van energie uit biomassa door vergassing of verbranding blijft in principe een minerale rest over. Zo ontstaat bijvoorbeeld koolstofbevattende vliegas bij vergassing en digestaat bij vergisting. Indien uitgegaan wordt van biomassa bevattende afvalstromen als input is de kwaliteit van deze restproducten dermate dat ze als afvalstof aangemerkt dienen te worden en tegen hoge kosten moeten worden afgevoerd. Deze restproducten kunnen echter tot hoogwaardige producten zijnde energie en bouwstoffen worden opgewerkt met behulp van smelten.
Het principe van het smelterproces is dat het materiaal op een dusdanige temperatuur wordt gebracht dat de minerale componenten tot smelten worden gebracht. De benodigde energie (warmte) wordt bij voorkeur geleverd door het organische deel van het materiaal. Het gewenste product, een synthetisch basalt, heeft dusdanige eigenschappen dat mogelijk milieubelastende componenten geïmmobiliseerd of verwijderd worden en geen schade meer kunnen aanrichten.
Onbekend is op dit moment of, en zo ja welke (biomassahoudende) reststromen in aanmerking komen om technisch haalbaar verwerkt te worden via de smeltertechnologie. Met name ontbreekt inzicht of het mogelijk is een inputreceptuur te maken die qua samenstelling aan de verwachte eisen voldoet om tot een geschikt bouwmateriaal te worden omgezet. Verder is onbekend hoe het proces eruit ziet dat deze stromen kan verwerken. In dat kader is er behoefte aan een voorontwerp van een dergelijke installatie, alsmede een massa- en energiebalans.
Doel van dit project is het doen van een uitspraak over de technische haalbaarheid van het omzetten van biomassahoudende reststromen via een smelterproces tot energie en bouwstof en het maken van een voorontwerp, inclusief massa- en energiebalans.
Hiertoe zijn op basis van reeds aanwezige beschikbaarheidgegevens mogelijk interessante reststromen in kaart gebracht en is er voor dit project een selectie gemaakt van geschikte stromen. Hierbij is de keuze gevallen op gedroogd rioolslib, biomassaverbrandings- en vergassingsas en as van een (vertrouwelijke) afvalstroom (papierrecycle residu). Van geselecteerde mengsels is het smeltgedrag bij verschillende mengverhoudingen eerst theoretisch bepaald. Theoretisch is o.a. aandacht besteed aan de verwachte viscositeit en het kristallisatiegedrag van de vloeibare slak ontstaan uit samensmelten van de diverse stromen. Op basis van de resultaten van deze berekeningen, is een aantal mengsels geselecteerd voor het uitvoeren van oriënterende smeltexperimenten. Uit deze experimenten is een aantal succesvolle smelten gemaakt, die aan een nadere analyse zijn onderworpen, naast een aantal niet geschikte verglaasde smelten.
Bij de analyse van de smeltresultaten (door middel van visuele inspectie, XRD en SEM) is speciaal gelet op het gedrag van een aantal specifieke biomassa-as en afval gerelateerde elementen zoals fosfor en alkalimetalen. Op basis van de analyses uitgevoerd op de monsters afkomstig van de labschaal testen is geconstateerd dat de meeste monsters microkristallijn zijn, zoals gewenst voor synthetisch basalt. De smeltproducten zijn verder geëvalueerd met het oog op toepasbaarheid bijvoorbeeld als bouwstof. Ten aanzien van de uitloogbaarheid worden geen problemen verwacht. Er mag aan de hand van de resultaten geconcludeerd worden dat een samenstelling van de smelt op hoofdelementen goed berekend kan worden op basis van de chemische analyse van de ingaande brand- en grondstoffen.
Verder zijn de resultaten van de smeltexperimenten vertaald naar een voorontwerp van een commerciële smelterinstallatie. Hiertoe zijn proces flow diagrams opgesteld van de verschillende processecties voor een capaciteit van 25.000 ton/jaar. De massa- en energiebalansen voor zowel het bedrijven van de installatie onder oxiderende als reducerende condities zijn opgesteld waarbij het thermisch vermogen en het rendement zijn berekend. Het geschatte thermische rendement onder oxiderende condities is circa 67%. Onder reducerende condities (smeltend vergassen) is het totaal energetisch rendement ongeveer 85% waarvan 60% van de energetische inhoud in het stookgas zit.
Op basis van de resultaten van dit project kan worden geconcludeerd dat het technische mogelijk lijkt een synthetisch basalt te vormen op basis van biomassa-houdende reststromen. Dit zou daarmee een oplossing kunnen zijn voor deze reststromen. Of het economisch mogelijk is, is op dit moment nog onduidelijk en maakt geen onderdeel uit van deze studie. Dit zal sterk afhangen van de lokale omstandigheden en de prijs en beschikbaarheid van reststromen en de afzet van de producten basalt, warmte en/of elektriciteit.
Terug naar overzicht.