te verwerken - Ghent University Librarylib.ugent.be/fulltxt/RUG01/002/063/668/RUG01-002063668...Faculteit Bio -ingenieurswetenschappen Academiejaar 2012 ± 2013 Onderzoek naar alternatieve
Post on 01-Feb-2021
0 Views
Preview:
Transcript
Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen
Academiejaar 2012 – 2013
Onderzoek naar alternatieve technieken om groenafval te verwerken
Sander Lybaert Promotoren: Prof. dr. ir. Jo Dewulf en Prof. dr. Ir. Wolter Prins Tutor: Dr. ir. Steven De Meester
Masterproef voorgedragen tot het behalen van de graad van Master in de bio-ingenieurswetenschappen: Milieutechnologie
Faculteit Bio-ingenieurswetenschappen
Academiejaar 2012 – 2013
Onderzoek naar alternatieve technieken om groenafval te verwerken
Sander Lybaert Promotoren: Prof. dr. ir. Jo Dewulf en Prof. dr. Ir. Wolter Prins Tutor: Dr. ir. Steven De Meester
Masterproef voorgedragen tot het behalen van de graad van Master in de bio-ingenieurswetenschappen: Milieutechnologie
i
Auteursrecht
“De auteur en de promotoren geven de toelating deze scriptie voor consultatie
beschikbaar te stellen en delen ervan te gebruiken voor persoonlijk gebruik. Elk
ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met
betrekking tot de verplichting de bron te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit
deze scriptie.”
“The author and the promoters give the permission to use this thesis for consultation
and to copy parts of it for personal use. Every other use is subject to the copyright
laws; more specifically the source must be extensively specified when using results
from this thesis.”
Gent, juni 2013
Auteur
Sander Lybaert
Promotoren:
Prof. dr. ir. Jo Dewulf
Prof. dr. Ir. Wolter Prins
Tutor
Dr. ir. Steven De Meester
ii
Woord Vooraf
Het verhaal van deze thesis start meer dan een jaar geleden toen ik op zoek ging naar een
promotor die mij wilde begeleiden bij het uitwerken van een eigen thesisonderwerp. Na een
paar njets kwam ik uiteindelijk op de vakgroep EnVoc terecht. Met de hulp van Professor
Dewulf zag deze thesis het levenslicht. Om de thesis te begeleiden werd ook beroep gedaan
op de kennis van Professor Prins. Het uitvoeren van deze thesis was echter minder voor de
hand liggend dan ik vooraf verwacht had. Mijn zoektocht verliep soms als een ongeleid
projectiel. Maar met de begeleiding van Steven De Meester werd het toch nog een schot in
de roos. Er gaan ook veel credits naar Güray Yildiz voor de begeleiding bij het uitvoeren van
de pyrolyseproef.
Naast mijn promotoren Professor Dewulf en Professor Prins en mijn tutor Steven De Meester
moet ik nog vele andere mensen bedanken voor de hulp die ze mij geboden hebben bij mijn
thesis. Voor alle hulp en uitleg over de composteringssite in Eeklo wens ik Patrick Joos
(algemeen directeur van IVM) en Emmanuel Wandels en Jorik Muylle (operationeel
verantwoordelijke groenrecycling van De Bree Solutions) uitvoerig te bedanken. Verder wil ik
ook Elke Vandaele (Vlaco) en Jarinda Viaene (ILVO) bedanken voor het delen van kennis
over de compostsector. Ook wens ik Tjörven Van de Velde te bedanken voor de deskundige
uitleg over compostgebruik bij landbouwers, Dane Dickinson en Nele Ameloot voor de uitleg
over biochar en pyrolyseprocessen en Renaat voor de uitleg over investeringsanalyse. Voor
het beschikbaar stellen van de hamermolen bij de voorbehandeling van de biomassa voor de
pyrolyseproef bedank ik Marijn en Matthias. Ik wil hier ook Lybaert senior bedanken voor het
controleren op dt-fouten. Tenslotte bedank ik mijn vrienden en in het bijzonder mijn vriendin
Eline voor de morele steun die nodig was bij het schrijven van deze thesis.
Sander Lybaert
Aut numquam tentes, aut perfice Ovidius - Ars Amatoria
iii
Samenvatting
In Vlaanderen wordt groenafval tot op vandaag verwerkt via compostering. Compost, het
eindproduct van de verwerking, is zeer waardevol als bodemverbeteraar. De marktwaarde
van compost is echter beperkt en de concurrentie met de energiesector voor de houtige
biomassa in groenafval brengt de compostering in moeilijk vaarwater. Door de algeheel
groeiende interesse in biomassa als hernieuwbare grondstof, komen ook andere
technologieën in beeld voor de verwerking van groenafval. Eén van de mogelijke
alternatieven is pyrolyse, waarbij biomassa onder anaerobe omstandigheden bij hoge
temperatuur ontbindt in drie fracties: kool, gas en condenseerbare dampen. Het gas wordt
vaak gebruikt voor energieproductie. De condenseerbare dampen vormen na condensatie
een viskeus product, bio-olie genaamd. De bio-olie kan aangewend worden als brandstof of
kan verder opgewerkt worden voor toepassingen in petrochemische processen. Ook de kool
vormt een interessant product. Het kan toegepast worden als brandstof of kan als stabiele
koolstofbron gebruikt worden om de bodem te verbeteren. Deze laatste toepassing zorgt
voor langdurige C-opslag in de bodem, waardoor het proces ook kan ingezet worden om
klimaatsverandering te bestrijden.
Het doel van deze thesis is om het potentieel van snelle pyrolyse te evalueren als alternatief
voor het verwerken van groenafval. De evaluatie werd gemaakt op basis van ecologische en
economische criteria. Voor de evaluatie van de compostering werden data van een
composteringssite in Eeklo verzameld. Voor de verwerking via pyrolyse werd eerst een
theoretische pyrolyse-plant ontworpen. Vervolgens werden de benodigde data verzameld
met gegevens uit de literatuur. Op beide datasets werd een levenscyclusanalyse uitgevoerd
via de carbon footprint en de CEENE-methode. De economische analyse werd gebaseerd op
de verwerkingskost en de net present value.
De resultaten van de levenscyclusanalyse geven een betere score aan het verwerken van
groenafval via pyrolyse, zowel voor het grondstoffenverbruik als voor global warming
potential. De economische resultaten zijn minder eenduidig. Op vlak van verwerkingskost
scoort de theoretische pyrolyse-plant beter. Zolang een discontovoet wordt gebruikt die lager
is dan 4%, heeft pyrolyse ook een betere net present value dan compostering. Wanneer de
discontovoet hoger is, heeft compostering de beste net present value. De analyse toont aan
dat groenafval opportuniteit biedt voor een meer waardevolle en meer milieuvriendelijke
verwerkingsoptie.
iv
Abstract
In Flanders green waste is currently mainly processed by composting. Compost, the end
product of these activities has great value as soil improver. The market value, however, is
limited and competition with the energy sector for the woody fraction of the green waste
brings the composting sector in a difficult situation. By increasing interest in biomass as
renewable feedstock also other technologies come in the picture for processing green waste.
One of the possible alternatives is pyrolysis, the thermal decomposition of biomass under
anaerobic conditions into three fractions: char, gas and condensable vapors. After
condensation the condensable vapors form a viscous product called bio-oil. The gas fraction
is mainly used for energy purposes. The bio-oil can be used as a fuel or can be further
improved in order to make it compatible with petrochemical processes. Also char is an
interesting product. It can be applied as a fuel or can be used as stable carbon source to
improve the soil. The latter application allows for prolonged C storage in the soil, which
makes it a useful process to fight climate change.
The aim of this thesis was to evaluate the potential of fast pyrolysis as alternative for
processing green waste. The evaluation was made on the basis of ecological and economic
criteria. For the evaluation of composting, a data inventory of a composting site in Eeklo was
compiled. For processing green waste by means of pyrolysis first a theoretical design of a
pyrolysis plant was made. Subsequently, a dataset for pyrolysis was compiled based on
literature. Both datasets were analysed through life cycle analysis using the carbon footprint
and CEENE method. Next, an economic analysis was made by calculation of processing
costs and net present value.
The results of the life cycle analysis indicate that processing green waste by means of
pyrolysis had the lowest impact. Both for resource consumption as for global warming
potential, pyrolysis has the best scores. The economic results are more ambiguous. In terms
of processing costs the theoretical pyrolysis plant scores better. As long as a discount rate is
used which is lower than 4%, pyrolysis also has better net present value compared to
composting. If the discount rate is higher, composting has the best net present value. This
research shows that green waste provides opportunity for a more valuable and more
environmentally sound treatment option.
v
vi
Inhoudstafel
Deel 1 Literatuurstudie ..........................................................................................................
1. Inleiding .......................................................................................................................... 1
2. Materialenbeheer ........................................................................................................... 3
2.1. De ladder van Lansink ............................................................................................. 3
3. Afval in Vlaanderen ........................................................................................................ 5
3.1. Huishoudelijk afval in Vlaanderen ............................................................................ 5
3.2. Huishoudelijk organisch afval in Vlaanderen ........................................................... 6
3.3. Verwerkingstechnieken organisch huishoudelijk afval ............................................. 7
3.4. Druk op groencompostering .................................................................................... 7
3.5. Pyrolyse versus compostering ................................................................................. 8
4. Compostering ................................................................................................................. 9
4.1. Procesbeschrijving .................................................................................................. 9
4.1.1. Definitie ............................................................................................................ 9
4.1.2. Het Composteringsproces ................................................................................ 9
4.1.3. Emissies ..........................................................................................................11
4.2. Composteringsinstallatie ........................................................................................13
4.2.1. Voorbehandeling .............................................................................................13
4.2.2. Compostering ..................................................................................................14
4.2.3. Nabehandeling ................................................................................................15
4.3. Waarde van producten ...........................................................................................15
4.3.1. Compost ..........................................................................................................15
4.3.2. Zeefoverloop ...................................................................................................18
4.3.3. Houtsnippers ...................................................................................................18
5. Pyrolyse ........................................................................................................................18
5.1. Procesbeschrijving .................................................................................................18
5.1.1. Definitie ...........................................................................................................18
5.1.2. Het pyrolyse-proces ........................................................................................18
5.1.3. Emissies ..........................................................................................................21
5.2. Pyrolyse-installatie .................................................................................................21
5.2.1. Voorbehandeling .............................................................................................21
5.2.2. Drogen ............................................................................................................22
5.2.3. Pyrolyse ..........................................................................................................22
5.2.4. Nabehandeling ................................................................................................22
vii
5.3. Waarde van producten ...........................................................................................22
5.3.1. Gas .................................................................................................................22
5.3.2. Char ................................................................................................................23
5.3.3. Olie .................................................................................................................25
6. Duurzaamheidsanalyse .................................................................................................26
6.1. LCA ........................................................................................................................26
6.1.1. Definitie en methode .......................................................................................26
6.1.2. Toepassing bij afvalbeheer..............................................................................27
6.2. LCC ........................................................................................................................30
Deel 2 Materiaal en methoden ..............................................................................................
1. Doelstelling van de studie ..............................................................................................31
2. Functionele eenheid en systeemgrenzen ......................................................................31
3. Data-inventaris ..............................................................................................................32
3.1. Casus compostering Eeklo .....................................................................................32
3.1.1. Beschrijving composteringssite .......................................................................32
3.1.2. Hoeveelheid en samenstelling groenafval .......................................................34
3.1.3. Transport .........................................................................................................34
3.1.4. Machines .........................................................................................................34
3.1.5. Emissies compost ...........................................................................................34
3.1.6. Hoeveelheid en samenstelling eindproducten .................................................35
3.1.7. Prijzen en kosten .............................................................................................36
3.2. Casus pyrolyse-plant ..............................................................................................38
3.2.1. Beschrijving van het pyrolyse-proces ..............................................................38
3.2.2. Verzameling en transport van groenafval ........................................................45
3.2.3. Emissies pyrolyse ...........................................................................................45
3.2.4. Hoeveelheid en samenstelling eindproducten .................................................46
3.2.5. Prijzen en kosten .............................................................................................47
3.3. Data achtergrondsysteem ......................................................................................49
3.4. Allocatie .................................................................................................................51
3.4.1. Nuttige eindproducten compostering ...............................................................52
3.4.2. Nuttige eindproducten pyrolyse .......................................................................52
4. Impact berekening .........................................................................................................53
5. Economische evaluatietechnieken ................................................................................53
5.1. Kostprijsberekening ................................................................................................53
5.2. Net Present Value (NPV)........................................................................................54
Deel 3 Resultaten en discussie ............................................................................................
viii
1. Data-inventaris ..............................................................................................................55
1.1. Massabalans ..........................................................................................................55
1.1.1. Compostering ..................................................................................................55
1.1.2. Pyrolyse ..........................................................................................................55
1.2. Warmtebalans Pyrolyse .........................................................................................56
2. Ecologische en economische duurzaamheidsanalyse ...................................................57
2.1. Ecologische resultaten ...........................................................................................57
2.1.1. Carbon Footprint .............................................................................................57
2.1.2. CEENE............................................................................................................59
2.2. Economische resultaten .........................................................................................61
2.2.1. Capex .............................................................................................................61
2.2.2. Opex ...............................................................................................................62
2.2.3. Kostprijsberekening .........................................................................................63
2.2.4. NPV ................................................................................................................65
2.2.5. Wat als-analyse ...............................................................................................66
2.3. Conclusie ...............................................................................................................67
2.4. Verder onderzoek ...................................................................................................69
ix
Lijst met afkortingen
bbp Bruto binnenlands product
BBT Best beschikbare technieken
BKG Broeikasgas
BOS Bodem organisch stof
CDM Clean development mechanism
CEC Cation-exchange capacity
CEENE Cumulative exergy extraction from the natural environment
CER Certified emission reduction
CF Carbon footprint
CREG Commissie voor de regulering van de elektriciteit en het gas
CRF Control release fertiliser
DM Droge massa
DS Droge stof
ESP Electrostatic precipitator
GA Groenafval
GFT Groente-, fruit- en tuinafval
GSC Groenestroomcertificaten
GWP Global-warming potential
HHV Higher heating value
IVM Intergemeentelijke opdrachthoudende vereniging voor
huisvuilverwerking meetjesland
LCA Life cycle analysis
LCC Life cycle cost analysis
LCI Life cycle inventory
LEI Landbouw economisch instituut
LHV Lower heating value
LNE Departement leefmilieu, natuur en energie
MAP4 Het vierde mestactieplan
mo Micro-organismen
NPV Net present value
ppm Parts per million
rBOD Readily biodegradable oxygen demand
SCA Specific collection area
x
SNG Substitute natural gas
Vlarem Vlaams reglement betreffende de milieuvergunning
VM Verse massa
VOC Volatile organic compound
VREG Vlaamse Regulator voor de Elektriciteits- en Gasmarkt
VROM Ministerie van volkshuisvesting, ruimtelijke ordening en milieubeheer
VTE Voltijds equivalent
WKK Warmte-krachtkoppeling
xi
Lijst met figuren
Figuur 1 Gemiddelde nationale gegevens van productie van huishoudelijk afval per inwoner.
Data verzameld tussen 1995 en 2005 (Troschinetz en Mihelcic, 2009). ................................ 2
Figuur 2 Ladder van Lansink, overgenomen uit Leicestershire County Council, 2013. .......... 3
Figuur 3 Aandeel van verschillende verwerkingstechnieken voor bedrijfsafval in Vlaanderen,
overgenomen uit Dubois et al., 2011. .................................................................................... 4
Figuur 4 Fracties huishoudelijk afval in Vlaanderen in 2011 (De Groof, 2012). ...................... 5
Figuur 5 Evolutie van de selectief ingezamelde hoeveelheid groenafval opgesplitst naar drie
fracties voor de periode 2004-2008 (Swerts en Vochten, 2009). ........................................... 5
Figuur 6 Schommelingen in productie van groenafval per inwoner per maand, zoals gemeten
in het Affaldcenter te Aarhus, Denemarken. Overgenomen uit Boldrin et al. (2009). ............. 6
Figuur 7 Schematische weergave van een composteringsinstallatie. ...................................13
Figuur 8 Afnemers compost 2010. Afname uitgedrukt in gewichtspercentage (Vlaco, 2011) 17
Figuur 9 Thermisch ontbindingsgedrag van hemicellulose, cellulose en lignine.
Overgenomen uit Yang et al., 2007. .....................................................................................19
Figuur 10 Schematische weergave composteringsproces in Eeklo.......................................33
Figuur 11 Process flow diagram (PFD) van voorbehandeling, pyrolyse-plant design ............40
Figuur 12 PFD van pyrolyse-sector, pyrolyse-plant design ...................................................43
Figuur 13 PFD van generator en nabehandeling, pyrolyse-plant design ...............................44
Figuur 14 Empirische schatting van specific collection area uit Mussatti (2002) ...................45
Figuur 15 Sankey diagram compostering .............................................................................55
Figuur 16 Sankey diagram Pyrolyse .....................................................................................56
Figuur 17 Sankey diagram van de warmtestroom in het pyrolyse-proces .............................57
Figuur 18 Carbon footprint van beide verwerkingsprocessen ...............................................59
Figuur 19 Carbon footprint, detail van directe emissies van het pyrolyse- en
composteringsproces ...........................................................................................................59
Figuur 20 Grondstoffenverbruik van beide verwerkingsprocessen samengevat, CEENE .....60
Figuur 21 Grondstoffenverbruik van beide verwerkingsprocessen, CEENE ..........................61
Figuur 22 Kapitaalkost voor de verwerkingsopties ................................................................62
Figuur 23 Operationele kost voor compostering en pyrolyse ................................................63
Figuur 24 Operationele kost pyrolyse-plant opgedeeld volgens verschillende delen .............63
Figuur 25 Kostprijsberekening compostering en pyrolyse per ton DS groenafval..................64
Figuur 26 NPV voor compostering en pyrolyse in functie van de discontovoet .....................65
Figuur 27 NPV van pyrolyseproces, met discontovoet 4%, in functie van GSC-tarief. ..........67
xii
Lijst met tabellen
Tabel 1 Belangrijkste mogelijke verwerkingstechnieken van groenafval en hun belangrijkste
producten en nadelen. ........................................................................................................... 7
Tabel 2 Emissies tijdens het composteringsproces uitgedrukt in kg per ton droge massa
(DM) .....................................................................................................................................12
Tabel 3 Substitutiewaarde van compost ...............................................................................17
Tabel 4 Verschillen in procesomstandigheden tussen trage en snelle pyrolyse ....................20
Tabel 5 Resultaten van LCA studies over verschillende verwerkingstechnieken van
groenafval. ...........................................................................................................................29
Tabel 6 Emissiefactoren composteringsproces (Andersen et al., 2009; Amlinger et al. 2008)
.............................................................................................................................................35
Tabel 7 Parameters online time overgenomen uit Sorenson (2010) .....................................39
Tabel 8 Parameters beschikbaarheid (Sorenson, 2010; Peacocke et al., 2006) ...................43
Tabel 9 Parameters operationele kost ESP, Mussatti (2002) ................................................44
Tabel 10 Emissiefactoren bij bio-olie verbranding. ................................................................45
Tabel 11 Literatuurgegevens opbrengst pyrolyseproducten .................................................46
Tabel 12 Parameters voor kostschatting van eenheidsprocessen en schatting van arbeid ...47
Tabel 13 Gebruikte EcoInvent gegevens van processen, goederen en diensten uit de
technosfeer ..........................................................................................................................50
Tabel 14 Vergelijking van ecologische en economische duurzaamheid tussen compostering
en pyrolyse ...........................................................................................................................68
xiii
Deel 1
Literatuurstudie
1 Deel 1: Literatuurstudie
1. Inleiding
In de Westerse landen is de samenleving in de laatste decennia sterk veranderd. De sterke
welvaartsgroei, vaak gemeten aan de hand van de groei in binnenlandse productie, heeft de
westerse economieën in omvang doen vermenigvuldigen. Deze continue groei was
ogenschijnlijk onbegrensd. Het vooruitgangsoptimisme spiegelde ons oneindige
groeimogelijkheden voor (Vermeersch, 1990). Verblind door de mooie economische
resultaten, werden milieuproblemen niet altijd ten volle onder ogen gezien. In de jaren ‟60
was het credo “the solution to pollution is dissolution‖. Enkele milieurampen1 en een
schuldencrisis later, lijken deze opvattingen veranderd. De druk op de omgeving door onze
maatschappij wordt steeds prominenter.
Een van de belangrijkste milieuproblemen heden ten dage is de opwarming van de aarde.
Onderzoekers van het National Center for Atmospheric Research in Boulder beweren
bovendien dat de meest pessimistische klimaatmodellen ook de meest accurate zijn (Fasullo
en Trenberth, 2012). Door de dimensie van het probleem en omdat de veroorzakers van de
problemen niet meteen de grootste slachtoffers zijn, worden doortastende maatregelen
steeds voor ons uitgeschoven. Recente internationale milieutops gaven geen
noemenswaardige resultaten (Bar, 2009; De Walsche, 2012). De blokkering van het
probleem wordt nogmaals geïllustreerd door het boycotten van de Europese vliegtaks door
ondermeer de VS en China (Belga, 2013). Het vooruitgangsoptimisme stelt dat, zoals de
vrije markt alle problemen van de economie oplost, de technologische vooruitgang de
maatschappelijke problemen oplost. Vaak ziet men juist het omgekeerde effect: door de
technologische vooruitgang is de maatschappij in staat de natuur op een snellere,
efficiëntere, krachtigere manier te ontginnen2… . Een voorbeeld hiervan is de daling van de
Vlaamse energie-intensiteit met 5%, terwijl het totaal energieverbruik in Vlaanderen met 15%
over de laatste 10 jaar gestegen is (vmm, 2012).
1 Voorbeeld van een aantal belangrijke milieurampen: Kernramp Tsjernobyl (26 april 1986),
schipbreuk olietanker Exxon Valdez (24 maart 1989), giframp carbaryl-fabriek Union Carbide in Bhopal (3 december 1984), vergiftiging rivieren door afvalwater Chisso-acetaldehyde plant in Minamata (1956-1968)… 2 De ogenschijnlijke tegenstelling dat hogere (grondstoffen-)efficiëntie de globale milieu-impact doet
toenemen wordt Jevons Paradox genoemd.
2 Deel 1: Literatuurstudie
Naast de opwarming van de aarde is er ook de grondstoffenproblematiek. Door de
globalisering van de wereldeconomie is onze manier van leven en werken sterk veranderd.
We zijn niet langer gebonden aan de lokale beperkingen van de omgeving. Door
grondstoffen te exploiteren op andere plaatsen in de wereld en die te verhandelen, hebben
we de band met impact op de omgeving afgesneden. Door de economische groei neemt het
tempo waarmee we de resterende grondstofvoorraden wereldwijd opgebruiken steeds toe.
Afvalproblemen gaan hand in hand met de overconsumptie en de grondstoffenproblematiek.
Een algemene trend is de toename van de afvalproductie per capita bij stijging van het bruto
binnenlands product (bbp). ‟s Werelds meest welvarende landen en regio‟s wijken af op deze
trend en hebben een lagere afvalproductie (zie Figuur 1). Afvalstoffen kunnen een risico
vormen voor de veiligheid van mens en dier. Sommige afvalstoffen kunnen de
volksgezondheid schaden of schade berokkenen aan ecosystemen wanneer zij daar worden
vrijgesteld. Ook de verwerking van afvalstoffen zorgt voor problemen. Verbranding van
restafval zorgt bijvoorbeeld voor uitstoot van dioxines en fijn stof.
Het oplossen van deze end-of-pipe problematiek kan hierbij een goede drijfveer zijn om op
zoek te gaan naar geïntegreerde systemen die ook een oplossing bieden voor de
Figuur 1 Gemiddelde nationale gegevens van productie van huishoudelijk afval per
inwoner. Data verzameld tussen 1995 en 2005 (Troschinetz en Mihelcic, 2009).
3 Deel 1: Literatuurstudie
toenemende energie- en grondstoffenschaarste en dus een gezonder milieu in het
algemeen.
2. Materialenbeheer
In het klassiek economisch concept is er een lineaire materialenstroom. Grondstoffen
worden verwerkt tot primaire materialen. Deze worden gebruikt voor de productie van
consumptiegoederen. De consument gebruikt deze goederen en gooit ze nadien weg als
afval. Het afval wordt uiteindelijk gestort of verbrand.
Door zowel de milieuproblematiek rond afval en afvalverwerking, als de steeds stijgende
grondstofprijzen komen afvalstromen steeds meer in beeld als alternatief voor primaire
grondstoffen. Door afvalstromen selectief in te zamelen ontstaan materiaalstromen die na
verdere zuivering gebruikt kunnen worden als secundaire grondstoffen. Op deze manier
ontstaat een nieuw model waarin materialen worden hergebruikt en meerdere malen de
levenscyclus doorlopen tot ze uiteindelijk zo laagwaardig zijn dat ze dienen verwijderd te
worden. De circulaire materialenstroom is echter geen wonderoplossing aangezien de
kringloop zelden 100% kan gesloten worden, bijvoorbeeld door kwaliteitsverlies, en er vaak
andere materiaal- en energiebronnen noodzakelijk zijn bij recyclage.
2.1. De ladder van Lansink
Er bestaan voor elke afvalstroom vele manieren om
die te verwerken. De overheid beslist grotendeels
welke verwerkingstechnieken toegelaten zijn en
welke niet. In Vlaanderen en Europa bestaat er een
afvalbeheershiërarchie, beter bekend als de Ladder
van Lansink (zie Figuur 2). De meest waardevolle
afvalbeheersmogelijkheden worden eerst overwogen
vooraleer men andere, minder waardevolle
mogelijkheden overweegt.
De ladder heeft vijf sporten. Bovenaan vindt men preventie, gevolgd door hergebruik,
recyclage, andere nuttige toepassing zoals energievalorisatie en verwijdering. Verwijdering
wordt soms opgedeeld in verbranding en storten. Bij afvalbeheer krijgen de maatregelen die
bovenaan de ladder staan voorrang op de onderstaande. Enkel wanneer aangetoond kan
worden op basis van het levenscyclus-denken dat lagere niveaus betere resultaten
opleveren, kan er afgeweken worden van de hiërarchie. Een concreet voorbeeld hiervan is
Figuur 2 Ladder van Lansink, overgenomen uit Leicestershire County Council, 2013.
4 Deel 1: Literatuurstudie
papierrecyclage. Hoewel papier ook zou kunnen gebruikt worden voor energievalorisatie
door bij te stoken in elektriciteitscentrales, wordt papier gerecycleerd. Recyclage primeert
immers boven andere nuttige toepassingen. Ook compostering (en vergisting) wordt aanzien
als recyclage (Directive [2008/98/EC] of the European Parliament and of the Council on
waste., 2008).
De ladder is in het bijzonder van groot belang in dichtbevolkte gebieden zoals Vlaanderen
waar veel afval geproduceerd wordt op een beperkte oppervlakte. In dit type regio‟s is het
dus een grote opportuniteit om afval intensief en veilig te verwerken met een maximale
benutting van het potentieel dat aanwezig is in het materiaal. De intensieve productie zorgt
niet alleen voor een grote opportuniteit om deze stromen aan te wenden als grondstof, de
grote hoeveelheid afval noodzaakt tevens een intensieve verwerking om de veiligheid voor
mens en dier te garanderen.
Figuur 3 Aandeel van verschillende verwerkingstechnieken voor bedrijfsafval in Vlaanderen,
overgenomen uit Dubois et al., 2011.
5 Deel 1: Literatuurstudie
3. Afval in Vlaanderen
In Vlaanderen wordt in totaal circa
21,8 miljoen ton bedrijfsafval
geproduceerd tegenover ca. 3,3
miljoen ton huishoudelijk afval.
Omgerekend komt dit neer op
meer dan 500 kg huishoudelijk
afval per inwoner per jaar en bijna
3500 kg bedrijfsafval per inwoner
per jaar. Het bedrijfsafval
genereert echter vaak meer
zuivere stromen en maakt een meer specifieke verwerkingstechniek mogelijk (zie Figuur 3).
Bedrijfsafval is hierdoor vaak eenvoudiger te valoriseren (Dubois et al., 2011).
3.1. Huishoudelijk afval in Vlaanderen
Het decentraal geproduceerde huishoudelijke afval is echter complexer, vaak minder
constant in tijd en noodzaakt een specifiek afvalbeleid. De totale afvalproductie van een
huishouden in Vlaanderen in 2011 bedroeg 524 kg per inwoner. Hiervan wordt 71% selectief
opgehaald met het oog op hergebruik of recyclage. Groenafval en groente-, fruit- en tuinafval
(GFT) maken respectievelijk 14% en 8% uit van de afvalberg. (zie figuur Figuur 4). 29% van
dit huishoudelijk afval is restafval en wordt ofwel verbrand met energierecuperatie (26%),
mechanisch biologisch gescheiden (2%) of gestort (1%) (De Groof, 2012).
Figuur 5 Evolutie van de selectief ingezamelde hoeveelheid groenafval opgesplitst naar drie
fracties voor de periode 2004-2008 (Swerts en Vochten, 2009).
0
100
200
300
400
500
600
2004 2005 2006 2007 2008
103 Ton Verse Massa
Tuinafval
Snoeihout
Boomstronken
Figuur 4 Fracties huishoudelijk afval in Vlaanderen in
2011 (De Groof, 2012).
6%14% 2%
2%8%
14%14%
11%
29%
glas
papier en karton
metalen
kunststoffen
GFT
groenafval
bouw- en sloopafval
overig
Restafval
6 Deel 1: Literatuurstudie
3.2. Huishoudelijk organisch afval in Vlaanderen
Er bestaan in Vlaanderen twee stromen organische afval van huishoudelijke oorsprong:
groenafval en GFT. Naargelang de ophaling van dit GFT wordt Vlaanderen opgedeeld in
GFT-regio‟s en groenregio‟s. In een GFT-regio wordt het GFT deur aan deur opgehaald, in
groenregio‟s is er geen ophaling en worden de huishoudens gestimuleerd om thuis te
composteren. Groenafval daarentegen wordt op containerparken verzameld.
kg /(inw
oner.
maand)
Figuur 6 Schommelingen in productie van groenafval per inwoner per maand, zoals gemeten in het
Affaldcenter te Aarhus, Denemarken. Overgenomen uit Boldrin et al. (2009).
Jaarlijks wordt er ca. 500 000 ton groenafval en 300 000 ton GFT geproduceerd. Het
groenafval bestaat uit gemengd tuinafval, snoeihout en boomstronken (Figuur 5). GFT
bestaat uit keukenresten van groenten en fruit. De samenstelling en hoeveelheid zijn quasi
constant doorheen het jaar. Bij groenafval daarentegen zijn er sterke verschillen in
samenstelling, afhankelijk van (Swerts en Vochten, 2009):
- De inzamelregio: landelijke ten opzichte van stedelijke regio‟s kennen verschillen.
- Het voortraject: in geval van inzameling via containerparken gebeurt soms al een
afscheiding van bepaalde fracties van groenafval vooraleer deze aan de
composteringsinstallaties worden aangeboden. Het betreft voornamelijk houtachtige
fracties die worden afgevoerd met het oog op directe energetische valorisatie of
gebruik als bodembedekker.
- Het seizoen: het aandeel snoeihout in het groenafval is tijdens najaar, winter- en
voorjaarsperiode beduidend hoger dan tijdens de zomerperiode.
7 Deel 1: Literatuurstudie
Figuur 6 toont de seizoenale schommeling van groenafvalproductie zoals gemeten in een
Deens onderzoek. In Vlaanderen bestaan er geen cijfers over het verschil in samenstelling
doorheen het seizoen. De figuur is echter gelijkaardig aan de Vlaamse situatie (E. Wandels
(De Bree solutions), mondelinge communicatie, 12 oktober 2012).
3.3. Verwerkingstechnieken organisch huishoudelijk afval
Er zijn in Vlaanderen acht installaties voor de verwerking van GFT. Er bestaan twee
verwerkingsmethoden, 17% van het GFT gaat naar anaerobe vergisting, de andere 83%
naar een gesloten compostering. Vergisting van GFT gebeurt in Brecht via droge vergisting
(IGEAN) en in Brugge via natte vergisting (IVVO). Groenafval kan verwerkt worden op
verschillende manieren. Een vaak toegepaste verwerkingstechniek in veel Europese regio‟s,
waaronder Vlaanderen, is composteren (ARCADIS, 2010). Vaak bepaalt de regelgeving
welke technieken mogen gebruikt worden en welke niet. Naast compostering bestaan er nog
verschillende alternatieven met ieder hun voordelen en nadelen (Zie Tabel 1).
Tabel 1 Belangrijkste mogelijke verwerkingstechnieken van groenafval en hun
belangrijkste producten en nadelen.
Techniek Producten Nadelen
Verbranden met
energieterugwinning
Elektriciteit
Bodemassen
Vliegassen
Luchtemissies
Storten (bodem- en) vliegassen
Storten Geen Ruimtebeslag
Methaanemissies
Vergisting Biogas
Elektriciteit
Warmte
Digestaat
Houtige delen in groenafval zijn
slecht te vergisten
Pyrolyse Bio-olie
Gas
Biochar
Elektriciteit
Luchtemissies
3.4. Druk op groencompostering
Terwijl compostering nog steeds het vaakst wordt toegepast in Vlaanderen staan de
winstmarges in de sector onder druk. Dit is het gevolg van de competitie met de
energiesector die veel interesse heeft in de houtige fractie van het groenafval. Deze kan
namelijk samen met steenkool verwerkt worden in een steenkoolcentrale. Het zorgt ervoor
8 Deel 1: Literatuurstudie
dat een deel van de houtige fractie uit het groenafval verdwijnt waardoor het groenafval met
minder structuurmateriaal bij de compostering toekomt.
De interesse van de elektriciteitsproducenten is het gevolg van de groenestroomcertificaten
die ze opstrijken door de productie van “groene” megawatturen door de houtfractie bij te
mengen. Het verbranden van groenafval is echter niet conform de regelgeving over
afvalverwerking. De verbranding van groenafval in energiecentrales staat lager op de ladder
van Lansink dan composteren, hetgeen aanzien wordt als recyclage, en is daarom niet
toegelaten (zie sectie 2.1). Bedrijven die een vergunningen hebben voor opslag of voor
mechanische behandeling van groenafval spelen in op de vraag van de energiesector door
de wet te omzeilen. Zij nemen tegen lage prijzen groenafval aan en scheiden dit in een
houtige en een fijne fractie. De houtige delen worden verkocht aan de elektriciteitscentrales
en de fijne delen worden naar de dichtstbijzijnde compostering gebracht. Een deel van de
fijne fractie van het groenafval komt nadien echter niet bij de composteringsbedrijven terecht
maar verdwijnt uit de statistieken. Vermoedelijk wordt het gebruikt in de landbouw als
groenbemesting en ondergeploegd. Volgens de composteringssector treedt de Vlaamse
milieu-inspectie niet hard genoeg op tegen deze inbreuken (E. Vandaele (Vlaco), mondelinge
communicatie, 28 augustus 2012). Ter volledigheid dient gezegd te worden dat als reactie op
deze trend de composteringssector een ontheffing heeft verkregen om 15% van de totale
zeefoverloop te verkopen voor verbrandingsdoeleinden.
De lage prijzen waaraan de tussenpersonen het groenafval afnemen, zijn mogelijks de
oorzaak van de daling van de gate fee. Deze daling zorgt ervoor dat de inkomsten van de
composteringssector worden verminderd en de rendabiliteit van een aantal
composteringsbedrijven in het gedrang komt. Bovendien is het structuurmateriaal nodig om
voldoende porositeit te brengen in de composthopen. Een vermindering van het
structuurmateriaal hypothekeert de kwaliteit van de geproduceerde compost. Wil men de
kwaliteit op peil houden, dan zal de intensiteit van de compostering opgedreven moeten
worden. Mogelijke acties die de composteerder kunnen nemen om de compostering te
intensiveren zijn: actieve beluchting, vaker keren van de compost, overschakelen naar
composteren op rillen, etc. Dit maakt evenwel bijkomende investeringen noodzakelijk en
zorgt voor verhoogde verwerkingskosten die doorgerekend worden in de prijs voor compost
(Vlaco, 2010).
3.5. Pyrolyse versus compostering
De achtergrond van groeiende energie- en grondstoffenschaarste en de problemen in de
composteringssector maken het interessant om andere verwerkingstechnieken te evalueren,
zeker aangezien in Vlaanderen er een grote hoeveelheid organisch afval aanwezig is (zie
9 Deel 1: Literatuurstudie
sectie 3.2). Verbranden van groenafval is niet evident door de hoge vochtgehaltes,
bovendien is dit onderwerp reeds meermaals onderzocht. De anaerobe vergisting van
groenafval wordt dan weer bemoeilijkt door de trage vergisting van de houtige fracties. Een
ander alternatief is pyrolyse van biomassa; een proces dat vernieuwde interesse kent
omwille van de interessante eindproducten en de mogelijkheid tot carbon sequestration via
biochar. In de volgende sectie zal de theoretische achtergrond van pyrolyse en composteren
toegelicht worden met het oog op het verdere verloop van deze studie.
4. Compostering
4.1. Procesbeschrijving
4.1.1. Definitie
―Composting is the aerobic (=oxygen using) decomposition and stabilization of solid organic
materials by microorganisms under controlled (=optimal and environmentally safe)
conditions. The end product is a stabile, hygienic substance resembling soil and is rich in
humus.
The purpose of the composting process is disposal of the biodegradable part of waste.
Composting can be seen as a recycling and revalorization of the biodegradable waste while
transforming it into a valuable soil conditioner (Verstraete, 2010).‖
4.1.2. Het Composteringsproces
Input van energie houdt een ecosysteem draaiende, dit is ook zo voor het microbieel
ecosysteem van een composthoop. Micro-organismen (mo) breken organisch materiaal af en
consumeren hierbij zuurstof. Enzymen, geproduceerd door mo zelf, zorgen voor een snelle
afbraakreactie. Energie komt vrij bij de afbraak en wordt gebruikt door de mo waarbij het
grootste deel van de energie verloren gaat als warmte. Door de isolerende eigenschappen
van compost wordt de warmte traag afgegeven en loopt de temperatuur in de composthoop
op. Door natuurlijke convectie ontstaat een schouweffect waardoor continu verse lucht wordt
aangezogen in de composthoop en er continu waterdamp en andere emissies worden
uitgestoten. Naast dit passief effect treedt er veel warmteverlies en uitstoot van waterdamp
en andere emissies op wanneer composthopen worden gekeerd.
Het oorspronkelijk organisch materiaal wordt omgezet in een meer uniforme en stabielere
massa van organisch materiaal. Tijdens het proces wordt koolstofdioxide en waterdamp
uitgestoten naar de atmosfeer. Anderzijds wordt nieuwe microbiële biomassa opgebouwd.
10 Deel 1: Literatuurstudie
Schematisch kan de aerobe afbraak van organisch afval als volgt worden voorgesteld
(Themelis en Kim, 2002):
C6H10O4 x + 6.5 O2 C6H10O4 x − 1 + 6 CO2 + 5 H2O (1)
4.1.2.1. Partikelmodel
Compostering is een complex proces en vertoont grote verschillen zowel in ruimte als in tijd.
Daarnaast vormt compost ook een zeer heterogeen geheel. Voor beter begrip van het
composteringsproces en de procesdynamica stelde Hamelers (1993) een model voor waarin
compost wordt voorgesteld als een veelvoud van partikels. Alle partikels zijn bedekt door een
waterlaagje. Dit waterlaagje is het medium waarin het composteringsproces zich afspeelt:
transport van molecules en mo, microbiële activiteit en chemische reacties. Door de trage
diffusie van zuurstof in water treedt op korte afstand zuurstoflimitatie op. Dit zorgt voor het
ontstaan van anaerobe microsites in de compostmatrix. Hamelers vertaalde dit fenomeen
door te veronderstellen dat een partikel compost is opgebouwd uit een anaerobe kern en een
aerobe buitenschil. Zowel anaerobe als aerobe afbraak treden parallel op. Factoren die het
belang van beide beïnvloeden zijn beluchting en vochtigheidsgraad. Vanuit de anaerobe
kern diffunderen er opgeloste stoffen naar de aerobe mantel. Via een tweestapsproces
worden de organische polymeren via monomeren omgezet tot bruikbaar substraat voor de
aerobe bacteriën in de mantel. Fermentatie van monomeren tot korte keten vetzuren volgt na
hydrolyse van polymeren. De bacteriën in deze buitenste laag aggregeren tot een biofilm.
Hier worden de opgeloste substraten snel geoxideerd en treedt er tevens hydrolyse op van
organische polymeren. In de anaerobe kern geven koolzuurgas en nitraat als
elektronacceptor aanleiding tot de productie van respectievelijk methaan en een mengsel
van stikstofgas en lachgas, welke broeikasgassen (BKG) zijn (Hamelers, 1993).
4.1.2.2. Fases
Het proces is tevens tijdsafhankelijk. Er worden drie fases onderscheiden. Het belangrijkste
element dat de verschillende fases onderscheidt is de snelheidsbepalende stap. De eerste
fase is groei-gelimiteerd, de snelheid van de compostering wordt beperkt door de
hoeveelheid actieve biomassa in het systeem. In de tweede stap is massatransfer van
zuurstof snelheidsbepalend. De limitatie aan zuurstof is het gevolg van de snelle afbraak aan
gemakkelijk afbreekbaar organisch materiaal. Wanneer er een grote populatie aan actieve
biomassa is geïnstalleerd en de snel verteerbare delen zijn geconsumeerd, wordt de
compostering hydrolyse-gelimiteerd. De biomassa moet overschakelen naar een ander dieet,
van rBOD naar moeilijker afbreekbare polymeren zoals cellulose en hemicellulose. De
hydrolyse die nodig is om deze polymeren om te zetten naar verteerbare monomeren is
echter een trager proces dan de verdere vertering ervan.
11 Deel 1: Literatuurstudie
Gelijklopend met de verschillende fases is er een opeenvolging van verschillende
temperatuurregimes. Aan het begin van het composteringsproces is er een snelle
temperatuursstijging. De gemakkelijk verteerbare delen worden gemineraliseerd en dit zorgt
voor een grote warmteproductie. Bijgevolg is er afhankelijk van het substraat een grote
temperatuurstoename tot 50 à 60°C. Deze hoge temperatuur is dodelijk voor mo en zorgt
voor zelfinhibitie. De warmteproductie en dus ook de temperatuur zakt nadien tot mesofiele
condities (± 37°C). Hierdoor wordt de compost door nieuwe organismen zoals schimmels en
mesobiota gekoloniseerd en worden ook de moeilijker metaboliseerbare delen verteerd
(Verstraete, 2010).
4.1.3. Emissies
Door de bedrijfsvoering worden emissies naar de bodem en grondwater uitgesloten. Het
Vlaams reglement betreffende de milieuvergunning (Vlarem) verplicht
composteringsbedrijven om te werken op een vloeistofdichte vloer met afwateringssysteem.
Behalve het percolaatwater komen bij compostering ook emissies naar de lucht vrij. Er zit
een grote spreiding op de grootte van de verschillende emissies in de literatuur. De
verklaring hiervoor is dat de uitstoot tijdens compostering sterk beïnvloed wordt door de
procesvoering en de samenstelling van groenafval. Stofemissies zijn eerder beperkt en
treden op bij het laden en lossen en bij mechanische bewerkingen (zeven, keren ,verkleinen
groenafval). Wel komen grote hoeveelheden koolstofdioxide en waterdampvrij. Deze zijn
respectievelijk het gevolg van mineralisatie en evaporatie. De CO2 heeft een korte turnover
tijd en komt snel terug in de C-cyclus. Tabel 4.1 geeft een overzicht van de belangrijkste
luchtemissies waarbij de effecten van samenstelling en procesvoering toegelicht worden.
12
D
eel 1
: Lite
ratu
urs
tudie
Tabel 2
Em
issie
s tijd
ens h
et c
om
poste
ring
spro
ces u
itgedru
kt in
kg p
er to
n d
rog
e m
assa (D
M)
en h
et e
ffect v
an d
e s
am
enste
lling
en p
rocesvoerin
g o
p d
e e
mis
sie
s.
C
H4 a
,b,c
N2 O
d,e
,f N
H3 d
,g S
ulfid
en
h,i
VO
C
Effe
ct
van
sam
enste
lling
Verh
oogt
bij
min
de
r
stru
ctu
urm
ate
riaal
Veel
sn
el
verte
erb
are
com
ponente
n
verh
oogt
de
em
issie
Verm
oedelijk
lichte
verla
gin
g
bij m
inder s
tructu
urm
ate
riaal
Verh
oo
gt
door
N-in
houd
bio
ma
ssa
Em
issie
ste
rk
afh
ankelijk
van
C/N
verh
oudin
g
bio
massa
Verh
oogt
bij
min
der
stru
ctu
urm
ate
riaal
Em
issie
ste
rk
afh
ankelijk
van C
/N/S
verh
oudin
g b
iom
assa
Verh
oogt
bij
min
der
stru
ctu
urm
ate
riaal
Veel
snel
verte
erb
are
com
ponente
n
verh
oogt
em
issie
Conife
ren
zorg
en
voor
typis
che d
enneg
eur
Effe
ct
van
pro
cesvoerin
g
Vold
oende
kere
n
en
belu
chte
n b
eperk
t em
issie
Anaero
bie
verm
ijden
Em
issie
voorn
am
elijk
in
mesofie
le c
onditie
s
Hog
e
belu
chtin
g
en
kere
n
verh
oog
t
em
issie
Hog
e
belu
chtin
g
en
kere
n
verla
ag
t
em
issie
Hog
e
belu
chtin
g
en
kere
n v
erla
ag
t em
issie
Rang
e
van
em
issie
facto
ren
0,7
6
d - 8,7
2
j kg
CH
4 -C/to
n
DM
0,0
93 j –
0,1
9 d k
g N
2 O-N
/ton
DM
3
0,2
2
j –
0,4
9
d kg
NH
3 -N/to
n D
M
Onder
dete
ctie
limie
t
50 p
pm
h
0,5
9 g
/ton D
M d
a A
nders
en e
t al., 2
00
9; b
Mille
r, 1993;
c Walk
er, 1
99
3; d
Am
ling
er e
t al., 2
008
; e B
eck-F
riis e
t al., 2
000
; ,f He e
t al., 2
001; g
de G
uard
ia e
t al., 2
010;
h R
osenfe
ld e
t al., 2
004; i M
ad
igan e
t al., 2
009; j H
elle
bra
nd, 1
998
3
Vaak w
ord
t vero
nders
teld
dat
onder
goede pra
ktijk
m
et
vold
oende be
luch
ting
g
een la
chg
as w
ord
t g
epro
duceerd
bij
gro
encom
poste
ring
(Gelly
nck e
t al., 2
006).
13 Deel 1: Literatuurstudie
4.2. Composteringsinstallatie
In Vlaanderen wordt groenafval verwerkt via weinig intensieve composteringsprocessen.
Behalve het deel groenafval dat in de GFT-composteringen terecht komt, wordt groenafval in
open lucht gecomposteerd. Bijgevolg komt de lucht die door de composthopen stroomt
onbehandeld in de omgeving terecht. In grote lijnen kan er onderscheid gemaakt worden
tussen twee verschillende procesvormen: composteren op tafels en composteren op rillen.
De eerste optie wordt het meest toegepast in Vlaanderen. Groencompostering zal hieronder
besproken worden volgens de weg die het groenafval aflegt, met aandacht voor onderscheid
tussen de twee vormen waarbij het belangrijk is te beseffen dat elke groencompostering een
variant is op de hieronder beschreven processchema‟s (Huybrechts en Vrancken, 2005).
4.2.1. Voorbehandeling
Het groenafval wordt tijdelijk opgeslagen waarna het wordt verkleind, gehomogeniseerd en
op hopen gezet. Verkleinen van het groenafval verhoogt het specifiek oppervlak voor
microbiële activiteit en bijgevolg de snelheid van het proces. Een hakselaar zorgt voor de
verkleining en bevordert bovendien de homogenisatie. Speciale mengapparatuur of
wielladers zorgen voor verdere menging.
Het opzetten gebeurt met behulp van een wiellader. Bij het opzetten wordt zeefoverloop
opnieuw ingebracht. Dit dient als structuurmateriaal en zorgt voor inoculatie van het
groenafval. Daarnaast wordt ook water toegevoegd als het inputmateriaal te droog is4. Het
groenafval wordt opgezet in hopen met trapeziumvormige doorsnede ook wel tafels
genaamd of in hopen met driehoekvormige doorsnede, rillen genaamd. Omwille van het
4 De BBT-studie van het Vito stelt dat een vochtgehalte tussen 35 en 65% optimaal is (Huybrechts en
Vrancken, 2005), volgens een Nederlands rapport is een vochtgehalte tussen 45 en 50% ideaal (SenterNovem 2008) en tussen 50 tot 60% volgens (Amlinger et al., 2008)
Figuur 7 Schematische weergave van een composteringsinstallatie.
14 Deel 1: Literatuurstudie
risico op compactie, anaerobie, geurhinder en een minder kwalitatief eindproduct is de
maximale hoogte gereglementeerd5. Het werken in tafels heeft als voordeel dat de
temperatuur over het volledige volume min of meer constant is door de lage
oppervlakte-volume verhouding. Dit verzekert de hygiënisatie over de volledige
composthoop. Composthopen opgezet in rillen hebben kleine volumes en een groot
oppervlak en verliezen veel warmte aan de wanden. Het groot oppervlak verzekert wel een
betere beluchting (Huybrechts en Vrancken, 2005).
4.2.2. Compostering
Tijdens het composteringsproces worden zuurstof- en vochtgehalte op peil gehouden door
de hopen regelmatig te keren en te besproeien. Er zijn enkele uitzonderingen waar de
composthopen ook actief belucht worden via beluchtingsgoten in de vloer. Bij
tafelcomposteren wordt de composthoop gekeerd door hem met wielladers te verplaatsen.
Bij composteren op rillen wordt vaker gekeerd en wordt gebruik gemaakt van speciaal
ontworpen machines, zogenaamde compostomzetters. De hogere beluchting bij
composteren op rillen zorgt voor een intensiever composteringsproces. Het proces verloopt
sneller. Door de hogere beluchting en een groot buitenoppervlak bestaat het risico dat de
hygiënisatie niet volledig wordt bereikt. Een mogelijke oplossing hiervoor is het afdekken van
de hopen met gore-tex doek. Dit houdt de composthopen warm, beschermt tegen regen en
weerhoudt hoogmoleculaire gassen waaronder de geurcomponenten.
Elke composteringsinstallatie is verplicht een percolaatopvangbekken te hebben. Hier wordt
het regenwater dat op de composteringsvloer valt tijdelijk in opgeslagen. Dit percolaatwater
wordt hergebruikt om de hopen te bevochtigen wanneer het vochtgehalte te laag is. Op
sommige sites treed er ‟s winters door de beperkte input groenafval een watersoverschot op.
Percolaatwater mag niet ongezuiverd geloosd worden. Sommige sites hebben in de zomer
een tekort aan percolaatwater en gebruiken grondwater, oppervlaktewater of zelfs
leidingwater om de composthopen te bevochtigen.
De actieve composteringsfase bij tafelcomposteren duurt ruwweg zes maanden. Daarna
wordt de compost nog nagerijpt om de stabiliteit verder te verhogen. De narijpingsfase duurt
drie weken tot drie maanden en gebeurt bij beide composteringsschema‟s in tafels vanwege
de beperkte, mesofiele activiteit. Om het vochtgehalte van de compost te verlagen gebeurt
deze laatste fase vaak in een hal (Huybrechts en Vrancken, 2005).
5 In Vlaanderen wordt de hoogte van composthopen meestal beperkt tot (Huybrechts en Vrancken,
2005) een hoogte van 3 tot 4m.
15 Deel 1: Literatuurstudie
4.2.3. Nabehandeling
Bij de nabehandeling wordt de compost afgezeefd. Wat overblijft van de compost na zeving
wordt zeefoverloop genoemd en bevat onzuiverheden en grove houtige delen. De
zeefoverloop wordt voor het grootste deel terug in het proces gebracht. Maximaal 15% mag
hieruit verkocht worden (zie sectie 3.4). Deze brandstof wordt gebruikt in
elektriciteitscentrales of voor verwarming bijvoorbeeld in de serreteelt. Hiervoor dient de
zeefoverloop gezuiverd te worden van plastics en inerten. Voor deze zuivering wordt meestal
een windzifter gebruikt. Soms gebeurt de narijping van de compost pas na zeving
(Huybrechts en Vrancken, 2005).
4.3. Waarde van producten
De gebruikswaarde en economische waarde van de drie belangrijkste eindproducten van
compostering worden in volgende paragrafen uiteengezet.
4.3.1. Compost
4.3.1.1. Gebruikswaarde van compost
Bodem Organische Stof (BOS)
De afname van organische stof in de bodem is een wereldwijd probleem. Ook in de Vlaamse
bodems is er een algemene trend van dalende BOS-gehaltes. Het cultiveren van natuurlijke
ecosystemen tot productieve landbouwgronden gaat vaak gepaard met verlies van BOS. De
daling wordt veroorzaakt door enerzijds een verminderde input van organisch stof. Dit is het
gevolg van vermindering van zowel de biomassaproductiviteit als van de biomassa die terug
in de bodem wordt gebracht. Anderzijds is er een verhoogde output van organisch koolstof
door versnelde mineralisatie, erosie en uitloging van organische stof door conventionele
landbouwpraktijken (Lal et al., 2007).
Door toevoegen van compost, verhoogt het BOS-gehalte in de bodem. Bodem organische
stof is belangrijk in vele aspecten van de chemische, fysische en biologische
bodemvruchtbaarheid. De belangrijkste effecten staan hieronder opgelijst.
Cation-exchange capacity (CEC) neemt toe (Garcìa-Gil en Plaza, 2000; Kaur et al.,
2008; Ros et al., 2006; Weber et al., 2007)
Buffering van de bodem-pH (Garcìa-Gil et al., 2004)
Verhoogde aggregaatstabiliteit (Van-Camp et al., 2004)
Verhoging micro- en macroporositeit (Celik et al., 2004)
Verhoogde hydraulische geleidbaarheid (Celik et al., 2004)
Verhoogde waterretentie en waterbeschikbaarheid (Diacono en Montemurro, 2010)
16 Deel 1: Literatuurstudie
Stimuleert activiteit en groei van de autochtone microbiële gemeenschap in de
bodem (Kaur et al., 2008; Ros et al., 2006,; Tejada et al., 2009; Tejada et al., 2006;
Zaman et al., 2004)
Introductie van een allochtone microbiële gemeenschap in de bodem (Flavel en
Murphy, 2006)
Ziektewerend (Hoitink en Boehm, 1999; Hoitink et al., 1993)
Daarnaast vormt ook de netto uitstoot van koolstofdioxide bij de mineralisatie van BOS een
bedreiging voor het klimaat. Koolstof opgeslagen in de bodem is naast de oceanische,
geologische, atmosferische en biologische koolstofpool de derde grootste voorraad. De
toepassing van compost kan dus indirect leiden tot het tegengaan van de klimaatsopwarming
(Diacono en Montemurro, 2010; Dick en McCoy, 1993).
Nutriënten vrijstelling
De nutriënten en voornamelijk de N wordt door mineralisatie langzaam vrijgesteld uit
compost. Tittarelli et al. (2007) berekende dat circa een derde van de totale N wordt
vrijgesteld na het eerste jaar. De vrijstelling van N uit compost wordt bepaald door de C/N
verhouding van compost. Wanneer de stikstofgehaltes in compost te laag zijn, is er gevaar
voor daling van de gewasopbrengst door lage N-concentraties in de bodemwaterfase.
Daarnaast zorgt immobilisatie van N door mo voor competitie met planten (Amlinger et al.,
2003; Weber et al., 2007).
Compostapplicatie heeft een zeer gunstig effect op de beschikbare K-gehaltes in de bodem;
kalium zit in hoge concentraties in compost en dit element wordt weinig beïnvloed door
immobilisatie waardoor het vrijwel direct beschikbaar is voor de plant. Hetzelfde geldt voor
fosfor. Er is bovendien risico op accumulatie van fosfor in de bodem. Door immobilisatie van
N kan de N/P/K balans uit verhouding zijn en ontstaat er een fosforoverschot (Eghball,
2002).
Voedselkwaliteit
Hoewel er ook soms negatieve effecten (Saha et al., 2007; Tavarini et al., 2011) worden
gemeten, geven een aantal onderzoeken aan dat compostbemesting de voedselkwaliteit
positief beïnvloedt (Pinamonti, 1998). De effecten zijn echter zelden spectaculair en zijn
steeds specifiek van gewas tot gewas (Vogtmann et al., 1993).
4.3.1.2. Marktwaarde van compost
De markt van compost is geen gewone markt. Het aanbod is het gevolg van
afvalverwerkingsactiviteiten, de vraag moet volgen (Buhr et al., 1993; Shiralipour et al.,
1992). Regelgeving over verwerking van organisch afval heeft gezorgd voor productie van
17 Deel 1: Literatuurstudie
grote hoeveelheden compost en is niet tot stand gekomen op vraag van de consument. De
markt van compost kan daarom een valse markt genoemd worden. Kopers worden gepusht
om compost te gebruiken als substituut voor andere producten. Het aanbod van compost is
vrij inelastisch.
Compost bezit veel verschillende
waardevolle eigenschappen als
bodemverbeteraar. Het kan
verder verwerkt worden tot
verschillende eindproducten (zie
Figuur 8). De afzetmarkt van
compost beslaat een breed
gamma aan toepassingen
(Alexander, 2004). De
voornaamste toepassingen
worden hieronder opgelijst:
Substituut voor veen in potgrond
Toplaag bodem voor residentiële toepassingen en golfterreinen
Meststof en substraat bij tuinaanleg en in bomenkwekerij
Bodembedekker
Organische meststof in de landbouw
Tabel 3 Substitutiewaarde van compost
Gebruik compost Substitutieproducten
(gewichts % compost, droge basis)
Gebaseerd op:
Veen Minerale mest Dierlijke mest Niets
Particulier gebruik 20.5 18 11 50.5 Enquête a
Alle toepassingen6 73 90 10 \ Schatting b
Alle toepassingen6 33.3 100 0 \ Schatting c
Alle toepassingen 20 50 0 30 Schatting obv ruwe gegevens d
Alle toepassingen 30 60 0 10 Schatting obv ruwe gegevens e
a Andersen et al., 2010; b Vlaco, 2009; c Schleiss, 2008; d Smith et al., 2001; e Raadal et al., 2010
Hoewel compostering wordt aanzien als milieuvriendelijk proces, speelt dit weinig belang bij
verkoop. De koper is enkel geïnteresseerd in welke directe waarde het oplevert of anders
gezegd welke kosten hij er mee kan besparen. Voor welke producten compost als substituut
6 De som van de verschillende substitutiewaarden is hoger dan 100%. Dit komt door de
veronderstelling dat één eenheid compost hier zowel consumptie van meststoffen als veen vervangt.
Figuur 8 Afnemers compost 2010. Afname uitgedrukt in gewichtspercentage (Vlaco, 2011)
12%
30%
14%11%
7%
16%
7%
2% 1%Potgrondfabricanten
Grondopmengers
Andere grootafnemers
Tuinaannemers
Openbare groenvoorziening
Particulieren
Landbouw
Export
Andere
18 Deel 1: Literatuurstudie
optreedt, is moeilijk in te schatten en blijft een punt van discussie. De meeste studies
veronderstellen dat compost een vervangproduct is voor mest, veen en minerale meststof in
bepaalde verhoudingen. Soms wordt ook verondersteld dat een deel van de compost geen
andere producten vervangt. Een Deense ondervraging (Andersen et al., 2010) bij particuliere
gebruikers van compost toont grote verschillen met de gebruikelijke schattingen. Tabel 4.2
vat deze substitutiemarkt samen.
4.3.2. Zeefoverloop
Naast compost wordt op een composteringsinstallatie nog een tweede product verkocht,
namelijk zeefoverloop. Dit zijn houtige delen die niet snel genoeg verteren om tijdens de
composteringsduur te mineraliseren. De zeefoverloop wordt voor het grootste deel terug in
het proces gebracht als inoculum voor vers groenafval. Opgeschoonde zeefoverloop wordt
verkocht aan steenkoolcentrales ofwel aan landbouwers voor het verwarmen van serres. In
steenkoolcentrales wordt de zeefoverloop samen verbrand met de steenkool en levert de
centrales groenestroomcertificaten (GSC) op.
4.3.3. Houtsnippers
Bij intensieve groencompostering mag naast zeefoverloop ook een deel houtsnippers uit
inkomend groenafval verkocht worden voor energieopwekking. De totale hoeveelheid
houtsnippers en zeefoverloop mag maximaal 20% van het gewicht van het inkomende
groenafval bedragen. Een belangrijke voorwaarde is dat er nog voldoende structuurmateriaal
overblijft voor een kwalitatieve compostering. Daarnaast kunnen houtsnippers ook verkocht
worden als mulchmateriaal (Vlaco, 2013).
5. Pyrolyse
5.1. Procesbeschrijving
De verschillende stappen van thermochemische conversie zijn gelijklopend voor pyrolyse,
vergassing en verbranding. Het enig verschil tussen de drie is dat de reactieproducten
respectievelijk niet, gedeeltelijk of volledig geoxideerd worden.
5.1.1. Definitie
“Pyrolysis is a thermal decomposition process that takes place in the absence of oxygen to
convert biomass into solid charcoal, liquid bio-oil and gases at elevated temperatures (Zhang
et al., 2010).”
5.1.2. Het pyrolyse-proces
Hieronder worden de algemene stappen van pyrolyse verder uiteengezet.
19 Deel 1: Literatuurstudie
5.1.2.1. Stap 1 Opwarmen en drogen
De biomassa ondergaat in de eerste stap een opwarming. De opwarming verhoogt de
temperatuur van de biomassa van omgevingstemperatuur naar reactortemperatuur. Hierbij
dient ook latente warmte overwonnen te worden om een deel van het vocht te verdampen.
Figuur 9 Thermisch ontbindingsgedrag van hemicellulose, cellulose en lignine.
Overgenomen uit Yang et al., 2007.
Een deel van het vocht wordt met zwakke fysische krachten vastgehouden in de biomassa
en verdampt bij ongeveer 100°C. Pas bij 300°C verdampt ook het sterk gebonden vocht en is
de biomassa bone-dry (Bain en Broer, 2011).
5.1.2.2. Stap 2: Pyrolyse
Zoals is weergegeven in Figuur 9 ontbindt de biomassa bij verhoogde temperaturen in drie
fracties: de permanente gassen (CO, CO2, H2 en lichte volatile organic compounds (VOC‟s)
zoals CH4), een condenseerbare fractie (teren en geproduceerd water) en een poreuze kool
met as (Bain en Broer, 2011).
5.1.2.3. Stap 3: Secundaire reacties
De teren zijn niet stabiel en worden via secundaire reacties gekraakt naar kleinere
elementen zolang ze onder deze hoge reactortemperaturen blijven. Hoe langer de verblijftijd
in de reactor hoe hoger het percentage permanente gassen en hoe lager de hoeveelheid
teer.
Ook de permanente gassen zelf ondergaan nog chemische veranderingen. Water-gas-shift
en methanation zorgen voor verschuivingen in de samenstelling. De koolstof in de vaste kool
reageert met water of waterstofgas tot CO, H2 of CH4 (Bain en Broer, 2011).
20 Deel 1: Literatuurstudie
5.1.2.4. Snelle en trage pyrolyse
Snelle pyrolyse verschilt van trage pyrolyse in de procesomstandigheden (zie Tabel 4). De
opdeling tussen beide is echter eerder semantisch van aard, er bestaat een heel palet aan
vormen van pyrolyse. De opdeling wordt voornamelijk bepaald door de verschillende
uitkomsten van het proces. Ofwel wordt gefocust op koolproductie ofwel op productie van
energie of energiedragers (D. Dickinson, mondelinge communicatie, 21 december 2012).
Een techno-economische analyse van maïsresten in de VS duidt snelle pyrolyse aan als
meest rendabele technologie (Brown et al., 2011; McCarl et al., 2012). Voor groenafval in
Vlaanderen kan grotendeels de zelfde redenering gevolgd worden. De prijzen voor
elektriciteit zijn hoog en een vergoeding voor het vastleggen van koolstof in de bodem
ontbreekt. Bovendien lijken de eerste resultaten van biocharproeven op de
gewasopbrengsten in Vlaanderen geen opbrengstverhogingen aan te tonen (N. Ameloot,
persoonlijke communicatie, 21 maart 2013). Daarnaast lijkt het ook zo dat de vraag naar
organische stof verbeteraar beperkt is, af te leiden uit de vraag naar compost in Vlaanderen.
Biochar zal wellicht net als compost hooguit een nicheproduct blijven in het landbouwmodel.
5.1.2.5. Basisprincipes snelle pyrolyse
Het belangrijkste kenmerk van snelle pyrolyse is de snelle opwarming van de biomassa en
tevens afkoeling ervan. Snel opwarmen zorgt voor het snel ontbinden van de biomassa en
de vorming van een grote hoeveelheid teer. Het snel afkoelen van de biomassa in
downstream units zorgt voor het abrupt onderbreken van de ontbindingsreacties. Wanneer
de verblijftijd in de reactor laag is, treden er weinig secundaire reacties op. Secundaire
reacties zijn polymerisatie tot secundaire char en thermisch en katalytisch kraken tot
permanente gassen. Het gevolg is de productie van grote hoeveelheden bio-olie. Deze
viskeuze vloeistof is onstabiel en moet bewaard worden op lage temperaturen om te
voorkomen dat de secundaire reacties alsnog optreden (zie Tabel 4).
Tabel 4 Verschillen in procesomstandigheden tussen trage en snelle pyrolyse
(Bahng et al., 2009; Manyà, 2012)
Eigenschap Trage Pyrolyse Snelle Pyrolyse
Temperatuur 300 à 400 °C Circa 500°C
dT/dt Traag (6– 60 K/min) Snelle opwarming van de biomassa (>200 K/min) en
snelle afkoeling van de dampen “Freezing the reaction”
Verblijftijd dampen Lang (5– 30 min) Kort ( 2 seconden)
Product Maximale kool- en
gasopbrengst
Maximale bio-olie-opbrengst (60-70 gew.% DM)
21 Deel 1: Literatuurstudie
Belangrijke parameters in het proces zijn partikeldiameter van de voeding en verblijftijd van
de damp. Deze moeten respectievelijk klein en laag zijn omdat snelle warmteoverdracht
noodzakelijk is. Hiervoor wordt een grote hoeveelheid hete, inerte warmtedrager vermengd
met een kleine hoeveelheid koude biomassa.
Biomassa kan grofweg opgedeeld worden in drie fracties (hemicellulose, cellulose en
lignine). Deze hebben elk een specifiek thermisch ontbindingsgedrag (zie Figuur 9). Elke
fractie geeft in verschillende mate aanleiding tot de eindproducten. Cellulose wordt voor een
groot deel omgezet naar teer. Hemicellulose en lignine worden omgezet in zowel gas, damp
als kool. Een groot deel van de koolfractie wordt gevormd uit lignine vanwege de stabiliteit
van dit product.
Naast vele fysische parameters heeft ook het asgehalte grote invloed op de samenstelling
van de eindproducten. Hoewel de onderliggende mechanismen nog niet opgehelderd zijn,
schijnen voornamelijk het gehalte aan Na, K en in minder mate S, P en NH4+ belangrijk te
zijn. Hoe hoger het asgehalte, hoe lager de teervorming. Zowel de hoeveelheid kool als gas
verhoogt (Venderbosch en Prins, 2011). De concentraties van verschillende chemische
elementen is verschillend per soort biomassa. Sommige metalen, maar ook andere
elementen bemoeilijken de procesvoering. Voorbehandeling van biomassa om deze
“stoorelementen” te verwijderen is niet kosteneffectief. Aanpassingen aan het proces of
nabehandeling kunnen echter de meeste verstoringen voorkomen.
5.1.3. Emissies
De emissies van pyrolyse-technologie zijn afhankelijk van de gebruikte grondstof en de
toepassing van de pyrolyse-producten. Bij verbranding van de eindproducten zijn de
emissies gelijkaardig aan deze van verbrandingstechnologie. De emissies van NOx, Hg,
dioxines en furanen kunnen wel iets lager zijn dan voor rechtstreekse verbranding (Pytlar,
2010).
5.2. Pyrolyse-installatie
In deze paragraaf wordt een opstelling van een pyrolyse-installatie voor groenafval
besproken. Pyrolyse van biomassa wordt tot op heden nog niet toegepast. Onderstaande
opstelling is een hypothetisch schema van hoe zo‟n installatie er uit kan zien (D. Dickinson,
mondelinge communicatie, 21 december 2012).
5.2.1. Voorbehandeling
De voorbehandeling bestaat uit een hakselaar om de biomassa te verkleinen en daarnaast
ook te homogeniseren. Om operationele stabiliteit te verhogen dient de biomassa ook deels
te worden ontdaan van stoorelementen zoals steengruis of metalen. Vervolgens wordt de
22 Deel 1: Literatuurstudie
biomassa gedroogd tot een vochtgehalte van 20 à 30 % van het gewicht. Daarna wordt de
biomassa gestockeerd in een voorraadplaats. Drogen en opslag kan eventueel gelijktijdig
gebeuren.
5.2.2. Drogen
De biomassa wordt verder gedroogd tot een vochtgehalte 10 à 5% van het vers gewicht. Het
drogen van de biomassa is voornamelijk bedoeld om teer te bekomen die weinig water bevat
en een hoge calorische waarde heeft. De warmte die nodig is om de biomassa zo
verregaand te drogen wordt afgetapt van het proces.
5.2.3. Pyrolyse
De voorbehandelde biomassa wordt vervolgens in een pyrolyse-oven gebracht. Er bestaat
een brede waaier aan pyrolyse-technologie. Wervelbedovens zijn het meest populair, zowel
circulerend als stationair gefluidiseerd bed, waarbij de warmtedragers respectievelijk stabiel
in de reactor blijven dan wel continu circuleren.
5.2.4. Nabehandeling
In de nabehandeling worden koolpartikels afgescheiden van de dampen. De dampen worden
verbrand, de kool wordt geoogst. De warmte die opgewekt wordt bij de verbranding dient om
de reactor op temperatuur te houden en de biomassa te drogen. De restwarmte die overblijft
kan gebruikt worden om elektriciteit op te wekken.
De verbrandingsgassen bevatten zowel fijn stof als schadelijke gassen en dienen te worden
nabehandeld om aan de emissienormen te voldoen.
5.3. Waarde van producten
Hieronder zal voor elk product van het pyrolyse-proces de gebruikswaarde en mogelijke
toepassingen besproken worden.
5.3.1. Gas
5.3.1.1. Reactorwarmte
Om de reactor op hoge temperatuur te houden, wordt een deel van de producten verbrand.
Soms wordt hiervoor de gasfractie gebruikt (Bain en Broer, 2011; Dayton et al., 2011).
5.3.1.2. Warmte en elektriciteit
Door de gassen te verbranden in een turbine, een motor of in een boiler, kan elektriciteit
geproduceerd worden. Een boiler en een motor zijn vrij ongevoelig aan onzuiverheden in het
gas, een turbine daarentegen niet. De restwarmte kan nog nuttig worden ingezet via een
23 Deel 1: Literatuurstudie
aansluiting op een warmtenet of door te voorzien in warmtevraag op de site zelf (Bain en
Broer, 2011; Dayton et al., 2011).
5.3.1.3. Zuiver gas
Het proces kan zo bewerkt worden dat enkel waterstofgas of methaan wordt geproduceerd.
In geval van methaan spreekt men over substitute natural gas (SNG). Waterstofgas kan
verwerkt worden in brandstofcellen en wordt door sommigen (Rifkin, 2002) aanzien als de
universele energiedrager van de toekomst. Dit concept wordt ook wel de waterstofeconomie
genoemd (Bain en Broer, 2011; Dayton et al., 2011).
5.3.1.4. Fischer-Tropsch-vloeistoffen
Door de gassen katalytisch te bewerken, kunnen er verschillende koolwaterstoffen worden
gevormd via het Fischer-Tropsch-proces. Dit katalytisch proces is niet selectief en
produceert een veelheid aan stoffen. Uit de Fischer-Tropsch-vloeistof kunnen door destillatie
zuivere koolwaterstoffen worden gewonnen zoals methanol, ethanol en dimethylether
bijvoorbeeld (Bain en Broer, 2011; Dayton et al., 2011).
5.3.2. Char
5.3.2.1. Landbouwwaarde
Wanneer de kool gebruikt wordt als bodemverbeteraar wordt deze biochar genoemd. De
definitie van biochar volgens de International Biochar Initiative (2012) luidt als volgt:
―A solid material obtained from thermochemical conversion of biomass in an oxygen-limited
environment.‖
De bodemverbeteraar heeft een aantal positieve eigenschappen gelijkaardig aan compost.
Biochar heeft invloed op zowel fysische, chemische als biologische eigenschappen van de
bodem maar meest op de fysische bodemeigenschappen (Chan et al., 2007). Net als bij
compost is er een verbeterde aggregaatstabiliteit in bodems. Volgens Ekeh et al. (1997)
heeft biochar een intensiever effect op de aggregaatstabiliteit dan een zelfde dosis compost.
Verbeterde aggregaatstabiliteit verhoogt de bulkdensiteit en de micro- en macroporositeit,
wat tot een verbeterde percolatiesnelheid zorgt en tevens de bodem beschermt tegen erosie.
Daarnaast vermindert ook de tensile strength, met als gevolg een betere wortelgroei. Door
een verhoogde microporositeit verhoogt het waterbergend vermogen van een bodem. Dit
leidt tot een betere waterbeschikbaarheid voor de planten en vermindert de uitspoeling naar
het grondwater (Chan et al., 2007; Glaser et al., 2002; Ekeh et al., 1997).
Pyrolyse van biomassa zorgt voor een opconcentratie van de oorspronkelijke minerale
bestanddelen. Een uitzondering is stikstof, dat deels vervluchtigt en deels geïncorporeerd
24 Deel 1: Literatuurstudie
wordt in de aromatische koolstofstructuren. Mineralen worden fysisch en chemisch
vastgelegd in de kool en blijven langer in de bodem door interactie en complexatie aan het
oppervlak van de kool (Shackley en Sohi, 2010). De mineralen bevatten veel basische
kationen. Gebruik van biochar kan daarom de alkaliniteit in de bodem verhogen en maakt het
mogelijk om hierdoor de chemische bodemvruchtbaarheid van een verzuurde bodem te
herstellen.
De effecten op de biologische functie van de bodem zijn divers maar nog slecht begrepen
(Lehmann et al., 2011). Het effect op microbiële biomassa is in tegenstelling tot andere
bodemverbeteraars niet significant. Door de stabiele aard van de koolstof neemt de
microbiële biomassa, na een korte groei door aanwezigheid van labiele componenten, niet
toe (Bolan et al., 2012).
5.3.2.2. Energie
De warmte die nodig is om de reactor op temperatuur te houden wordt soms gegenereerd
door de gasfractie te verbranden, in andere gevallen wordt de koolfractie verbrand.
De mogelijkheid bestaat ook om de kool te oogsten en deze te gebruiken als brandstof voor
verwarming of in elektriciteitscentrales. In België is er een gelijkaardig project door het bedrijf
4 Energy Invest stopgezet. Hun installatie voor torrefactie van houtskool kon
noodgedwongen maar op 40% van de geïnstalleerde capaciteit draaien. Bijkomende
investeringen zijn nodig om de problemen op te lossen. Door tekort aan fondsen zijn de
activiteiten stopgezet (4Energy Invest, 2010; 4Energy Invest, 2012).
5.3.2.3. Andere
Zowel productie van biochar voor landbouwkundige toepassingen als ter substitutie van
steenkool zijn onder de huidige marktomstandigheden niet winstgevend. Toepassingen in
nichemarkten kunnen eventueel een uitweg bieden aan het economische struikelblok en als
opstap dienen voor de verdere uitbouw van de sector. Volgens González et al (2012) zijn er
twee mogelijke nichemarkten: Control Release Fertiliser (CRF) en biochar als medium voor
enzymes of mo.
CRF worden voornamelijk gebruikt in niet-landbouwkundige toepassingen en hebben een
waarde die drie tot vier keer hoger ligt dan de conventionele kunstmeststoffen. Door de grote
CEC van biochar is het geschikt om NPK-meststoffen voor langere tijd reversibel te binden.
Een andere mogelijkheid bestaat er in om een stikstof te incorporeren in de biochar. Dit kan
door biochar samen met een stikstofbron te verhitten of deze reeds toe te voegen bij het
begin van het pyrolyse-proces.
25 Deel 1: Literatuurstudie
De porositeit en het groot specifiek oppervlak van biochar maakt het een interessant product
voor immobilisatie. Activatie van biochar maakt deze eigenschappen nog meer uitgesproken
maar verhoogt tevens de kosten. Immobilisatie van enzymes gebeurt door adsorptie aan het
oppervlak van biochar en actieve kool. Dit oppervlak is tevens een geschikte plaats voor de
kolonisatie van mo. Een aantal mogelijke toepassingen zijn: groeimedium in waterzuivering,
carrier voor inoculatie van verontreinigde bodems, groeimedium bij microbiële synthese en
dergelijke (González et al., 2012).
5.3.3. Olie
5.3.3.1. Brandstof
Bio-olie kan verbrand worden in boilers voor het leveren van warmte en elektriciteit. De
lagere verbrandingswarmte en het verschil in verbrandingsgedrag vergeleken met fossiele
olie moeten in rekening gebracht worden, maar bij het ontwerp zelf is er geen wezenlijk
probleem.
Een toepassing met hogere waarde is het gebruik als transportbrandstof in dieselmotoren.
Standaard dieselmotoren zijn echter niet geschikt voor bio-olie door problemen met corrosie,
erosie van de injectoren, cokeafzetting in de cilinders, verstopping van het injectie systeem,
... Door de aanpassing van zowel de motor (materiaalkeuze, injectorsysteem…) als de
brandstof (cetaanverbeteraars, hydrotreatment) is dit echter wel mogelijk. Stationaire
dieselmotoren en dieselmotoren met grote plunjers (boten, vrachtwagens en andere zware
motoren) zijn wegens de relatieve ongevoeligheid aan vervuiling het meest geschikt.
Verregaande opwerking (hydrotreatment) van de brandstof maakt ook gebruik in standaard
dieselmotoren mogelijk.
Bio-olie kan potentieel ook kerosine of gas vervangen in een turbine. Opnieuw dienen er
aanpassingen te gebeuren aan de technologie (schoepen, verbrandingskamer en
doseringsysteem) om
top related