Kostenefficiënte zwavelverwijdering uit biogas

Groot Zevert Vergisting BV wil zijn huidige biogasproductiefaciliteiten in Beltrum verder uitbreiden en rechtsreeks 1.000 m3 biogas/uur ofwel ca. 625 m3 aardgasequivalent/uur (ca. 5,5 miljoen m3 aardgas-equivalent/jaar) gaan leveren aan FrieslandCampina in Borculo. Echter vanwege de gebruikte co/substraten is de zwavelconcentratie in het ruwe gas is met 2.000-4.000 ppm te hoog voor rechtstreekse toepassing.

Zwavel is erg corrosief en geeft in de praktijk veel schade aan branders en verbrandingsmotoren. Het zuiveren van biogas met een dergelijk hoog zwavelgehalte door toepassing van conventionele technieken als actiefkool is in de praktijk echter veel te kostbaar. De kosten
hiervoor worden geschat op ca. € 50/kg zwavel. Met een gehalte van ca. 3000 ppm en een opbrengst van ca. 20 ton zwavel/jaar is dit een kostenpost van ca. 1M€ alleen voor he vervangen van aktiefkool. Bijkomend nadeel is het moeten storten/verbranden ervan en de onmogelijkheid van zwavelhergebruik in de agrosector, terwijl er sprake is van een gebrek.

Groot Zevert wil gebruik maken van een nieuwe en in de Nederlandse biogaswereld nog nauwelijks toegepaste biologische ontzwavelingstechnologie om op economische wijze hoge
zwavelconcentraties te verwijderen. Naar inschatting van de procestechnologen is dit al mogelijk voor een kostprijs van € 2-4/kg zwavel. Een reductie tov actiefkool met een factor 10-20x!!
Het gehele biogasontzwavelingsproces bestaat uit de volgende stappen: 1) lucht inblazen in de
vergister (daling naar 2000-3000 ppm; 2) het biologische ontzwavelingsproces van S&H/PlanET
Biogas Benelux (daling naar ca. 500-1000 ppm zwavel) en 3) de fysische scrubber-technologie
(gaswassen met speciale vloeistoffen) van Frames Renewable Energy Solutions (daling naar <50 ppm en waarschijnlijk <10 ppm zwavel). Het wasproces (scrubber) is regeneratief en heeft een zeer laag energieverbruik. De zwavelrijke wasvloeistof wordt via warmte uitwisseling gepompt naar een regeneratie-unit waarin zwavel in geconcentreerde vorm en waterdamp door temperatuursverhoging worden afgescheiden.

De wasvloeistof wordt vervolgens teruggevoerd naar de absorber en opnieuw gebruikt voor
ontzwaveling van biogas. Het proces van Frames Renewable Energy Solutions heeft een dubbele functie: verder verlagen van het zwavelgehalte en backup-systeem bij calamiteiten indien het ontzwavelingsproces van S&H niet goed functioneert. Het verkregen zwavel kan geheel worden hergebruikt (vormen van een gesloten kringloop) en op specificaties toegevoegd aan het digestaat. Dit wordt gemengd bij de boer afgeleverd zodat de zwavelkringloop weer sluitend wordt. In dit proces ontstaan geen ongewenste nevenstromen die moeten worden afgevoerd, gestort of verbrand.
Een tweede uitdaging naast zwavel vormt de aanwezigheid van grote hoeveelheden ammoniak
(schatting 100 ppm tot enkele massaprocenten) in het ruwe biogas vanwege het gebruik van mest en substraat. Het is onbekend hoe het microbiologisch van S&H proces hierop reageert, zeker omdat men in Duitsland niet met dergelijke hoge niveaus NH3 en zwavel te maken heeft. Mogelijk is er een extra voorbehandeling nodig om ammoniakniveaus te reduceren. Praktijkonderzoek moet aantonen welke ppm-niveau’s zwavel (en ammoniak) na de verschillende processtappen haalbaar zijn en welke technische verbeteringen en nodig en mogelijk zijn. Hierna vindt de biogas-finishing plaats.

Frames Renewable Energy Solutions zal voor het geïntegreerd proces een compleet ontwerp en een totale aansturing ontwikkelen zodat processen gezamenlijk kunnen worden gestuurd en
geoptimaliseerd. Vanuit proceseconomisch oogpunt wordt ernaar gestreefd om zoveel mogelijk
zwavel weg te vangen met behulp van het biologische proces.

Het is de eerste demonstratie in Nederland op praktijkschaal waarbij de biologische ontzwavelingstechnologie (afkomstig van S&H, PlanET, D) zich in de praktijk kan bewijzen met het zuiveren van biogas met hoge zwavelgehaltes. Vanwege de bijmenging van mais (Duitse regeling) is er in de Duitse biogasinstallaties sprake van een relatief laag zwavelgehalte (< 500 ppm). In Nederland echter liggen de zwavelgehaltes door het gebruik van andere co-substraten aanzienlijk hoger dan in Duitsland. Het consortium wil in dit project demonstreren dat zwavelverwijdering bij hoge concentraties op een economische manier mogelijk is. Dit biedt de mogelijkheid tot de inkoop van goedkopere biomassagrondstoffen die voorheen niet mogelijk was. Vanwege de vaak hogere eiwitgehaltes ontstaat er een hoger zwavelgehalte in het ruwe biogas en moeten er meer kosten gemaakt worden voor conventionele nabehandeling. De combinatie biologisch ontzwaveling en het wasproces kan voor een doorbraak zorgen die van toepassing is op de Nederlandse praktijk. Volgens berekeningen kan er door goedkopere inkoop biomassagrondstoffen en meeropbrengsten vanwege zwavel en geringere operationele kosten een jaarlijkse opbrengst van ca. 443 k€ ontstaan. Over een periode tot 2013 geeft dit een besparing op SDE+ middelen van ca. 3,5 M€. Ten aanzien van de categorie SDE+ Warmte vergisting en covergisting van dierlijke mest is een besparing mogelijk van ca. € 2,88/GJ ofwel € 0,80/MWh. (op € 74/MWh basisbedrag).

In dit demonstratieproject wordt met name gekeken naar de technische en economische aspecten, Na afloop van dit project ontstaat er inzicht in de bedrijfszekerheid en procesflexibiliteit en daarmee de toepasbaarheid van het geïntegreerde ontzwavelingsproces op andere locaties. Mogelijkheden voor procesverbetering en -optimalisatie en het uiteindelijke effecten hiervan op de kostprijs van biogas staat centraal. Groot Zevert Vergisting wil laten zien dat toepassing van dit gecombineerde ontzwavelingsproces op praktijkschaal op economisch wijze mogelijk is. Dit proces is nieuw voor Nederland en kan de nieuwe processtandaard worden voor covergisting en leiden tot SDE+ verlaging. De ontwikkelde kennis en ervaringen wil men verspreiden door middel van praktijkdemonstraties, workshops en presentaties ten behoeve van de bio-energie-sector in Nederland.

Doel van het project
Het demonstreren van een nieuwe geïntegreerde combinatie van 2 ontzwavelingstechnologieën op praktijkschaal, biologische ontzwaveling en een fysisch wasproces, waarmee ruw biogas (2.000-3.000 ppm zwavel) op een betrouwbare en economische manier kan worden opgewaardeerd tot leveringsspecificaties voor gebruik door FrieslandCampina. Het grote voordeel voor SDE+-besparingen in de toekomst is dat men veel meer goedkopere en energierijke eiwitrijke grondstoffen kan verwerken dan voorheen. Eiwitrijke grondstoffen hebben als nadeel een hoge zwavelproductie en de huidige vergistings- en biogasopwerkingsinstallaties zijn niet echt geschikt hiervoor vanwege de hoge extra kosten. Dit project demonstreert dat met een combinatie van 2 ontzwavelingstechnieken op economische wijze kan worden geproduceerd en geleverd. Met de bijproducten zwavel ontstaat een extra inkomstenborn die de businesscase verder versterkt. Daarnaast richt het project zich op oa. onderzoek naar kostprijsverlaging, efficiencyverbetering en verwaarding van bijproducten zoals zwavel.