Biogas2020 Scandinavian Biogas conference

Transkript

1 Biogas2020 Scandinavian Biogas conference Fredrikstad April 2018 Økt biogassproduksjon og gjenvinning av næringsstoffer på Vestlandets regionale biogassanlegg; sambehandling med fiskeslam Maria M. Estevez, PhD miljøteknologi

2 Bakgrunn forskning innen biogass og sirkulærøkonomi på Aquateam COWI Aquateam COWI: Eget FoU selskap, 100% eid av COWI AS Uavhengig forskning med fokus på anvendt FoU Ønske om at resultat fra vår forskning raskt skal komme til anvendelse på operative anlegg 8 forskereansatte (7 med PhD) Forskningen har hovedfokus på Vannprosesser relatert til miljø Slambehandling og biogass er sentrale områder for Aquateam COWI Aquateam fokuserer på BIOGASS og RESSURSGJENVINNIG som er sentrale elementer i sirkulærøkonomi, og vil utvikle COWI til et ledende kunnskapsbasert selskap på områdene. 2

3 Bakgrunn forskning innen biogass og sirkulærøkonomi på Aquateam COWI Bakgrunnen for de to beslektede FoU prosjektene vi presenterer i dag: Nytt biogassanlegg (2016) i Bergen (Rådalen) og i Stavanger området (Grødaland) Interesse fra IVAR og Bergen Kommune for å vurdere nye substrater og utnytte ledig kapasitet i anleggene Interesse for forbedring av næringsstoffinnhold i biorest Det er planlagt nye landbaserte oppdrettsanlegg i regionen, og på grunn av strengere regelverk, er trenden mot nye lukkede anlegg (RAS), som vil gi høyere mengder slam, noe som vil kreve riktig og bærekraftig behandling av fiskeslam/avfall. Fra Danmark - Stor interesse av forsøk på matavfall som co-substrat og produksjon av mellomprodukter COWI DK rapport Juni 2017: KILDESORTERET ORGANISK DAGRENOVATION TIL BIOGASFÆLLESANLÆG Dansk Meieriforeningen tillate å bruke biorest fra samråtning av matavfall i sentraliserte biogassanlegg som gjødsel på jordbruksareal som brukes til dyrking av fôr (med krav til forbehandlingsanlegg). 3

4 Bakgrunn forskning innen biogass og sirkulærøkonomi på Aquateam COWI Biogassanlegg på Københavns regionen Matavfall som co-substrat Biogassanlegg på Vestlandet Fiskeslam og evt. matavfall som co-substrat RenEnerMar Kartlegging mengder av tilgjengelige substrater Tester nye cosubstrater Forbedre biorest Produksjon av organiske syrer RESERVE

5 Bakgrunn tilgjengelighet av fiskeslam Estimert total mengde av fiskeslam i Norge: ca tonn/år Estimert øking av slammengde fra RAS-2012 til 2018: ca. 85 % (fra 900 tonn/år til 1700 tonn/år) (Ytrestøyl et al., Utnyttelse av slam fra akvakultur i blandingsanlegg for biogassproduksjon: teknologi og muligheter, NOFIMA rapport 12/2013) Vestlandet: ca. 47 % av Norges totalt fiskeslam produksjon Estimat av utslipp av partikulært materiale (fekalier og spillfôr) fra produksjon av laksefisk i hvert fylke basert på oppgitt fôrforbruk i (Torrisen et al., 2016.Næringsutslipp fra havbruk nasjonale og regionale perspektiv, Havforskningen rapport nr ) 5

6 Mål RenEnerMar, Utnyttelse av avfall fra marin matproduksjon til regional fornybar energi Optimaliser utnyttelsen av tilgjengelige organiske ressurser fra akvakultursektoren i Vest-Norge for å skape verdier for den offentlige sektoren ved å øke produksjonen av fornybar energi på eksisterende kommunale biogasanlegg. Delmål Finne optimale blandingsforhold for avløpsvann og fiskeslam; Avdekke potensialet for å øke metanproduksjonen ved å tilsette fiskeslam til anaerob nedbryting prosessen; Forbedre kvaliteten og næringsinnholdet i bioresten; Bygg opp lokal FoU-kompetanse og etablere samarbeid mellom offentlige brukere og leverandører av fiskeslam. Hjelpe til å etablere en kunnskapsplattform. 6

7 Nettverk RenEner-Mar Finansieringskilder Offentlige sektor/sluttbruker Vann- og avløpsetaten Anvendt FoU Bergen Stavanger Grunnforskning 7

8 Bidrag til oppbygging av et forskningsmiljø på Vestlandet Universitet i Stavanger, Høgskolen på Vestlandet med Aquateam COWI som FoU koordinator Prosjektet vil levere: 2 Masteroppgaver (UiS) 4 Bacheloroppgaver (HVL) 8

9 Prosjekt utvikling: RenEner-Mar HA 3 Innsamling av bakgrunn informasjon - tilgjengelig fiskeavfall fraksjoner på Vestlandet -viktigste aktører innen oppdrettsnæring og logistikks av avfallstrømmer HA 1 Administrasjon -Planlegging av møter -Økonomi rapporter og fakturering ved RFF HA 2 Planlegging og koordinering av FoU AqC med HVL og UiS HA 4 Lab-tester batch Finne ut metanpotensial og bedre blandingen HA 5 Lab-tester pilot HA 8 Bearbeide, formidle resultater og økonomisk potensiale Finne ut stabilitet av biogassproduksjon Evaluering av P og N tilgjengelighet i biorest HA 6 kompetanseoppbygging Bachelor og Master studenter for oppgaver i HA 4 og HA 5

10 Grødaland biogassanlegg (April 2017) En av Norges største biogassanlegg for mottak av avløpslam og matavfall (ca tonn TS / år) tonn/år - avløpslam tonn/år matavfall De viktigste råvarene er matavfall og avløpslam (73 and 24 % TS, i 2035). Grødaland sammen med Sentralrenseanlegg Nord Jæren (SNJ) vil kunne dekke store deler av drivstoffbehovet for regionens bussflåte (2035, ca. 80 GWh buses). Biorest brukes til jordblandinger (200 kg avvanet biorest for 1 ton of jord) og for gjødselproduksjon (pellets) IVAR's Ultimate Goal: Optimalisering av fosforinnhold og tilgjengelighet av P i gjødselproduktet, og inkl. tester av alternative N-kilder for gjødselproduktet sin. 10

11 Rådalen biogassanlegg (Okt. 2016) Tilgang til "råmateriale": Avløpslam fra den regionale RA ( tonn) Septikslam (100 tonn) Matavfall (938 tonn) Olje og fett (200 tonn) Fiskeslam/avfall Glycol (from Flesland) Designet for anaerob nedbryting av avløpslam og matavfall samt organisk avfall fra næringen i regionen. Energiværdi på ca. 25 GWh / år (ca. 80 busser) Bruk av biorest ikke bestemt ennå - første alternativ direkte arealbruk BK Ultimate Goal: Øke biogassproduksjon ved bruk av regionalt tilgjengelige co-substrater 11

12 Substrater testet ut så langt i prosjektet Avløpslam: Bergen Rådalen hygienisert avløpslam (sekundærenseanlegg og septikslam) Grødaland avløpslam (miks av alle regionale RA (primær-,sekundærenseanlegg ink. Grødaland RA)) SNJ avløpslam (filtrert og biologisk slam) Fiskeslam: 5 forsjelige fiskeslam ble analysert Settefisk (ferskvann) Smolt (sjøvann) Slam er evt. vasket med ferskvann, litt mer konduktivitet og Na og N per % TS o Smolt-anlegg (sjøvann) (A) o RAS (ferskvann) (B) o lukket anlegg (ferskvann) (C) o Settefiskanlegg (ferskvann) (D) o Smolt-anlegg (sjøvann) (E) o Også tørket slam fra en leverandør av tørketeknologi blir testet 12

13 FoU: Laboratoriet forsøk i batch tester og i semi-kontinuerlig tank reaktorer Biomethane potential (BMP) Bergen forsøk i Rådalen, termofil T (54 C) IVAR forsøk i Aquateam COWI, mesofil T (37 C) Semi-continuous pilot reactors Aquateam COWI: *Dolly system (Belach Bioteknik, SE), 2 reaktorer 20 l. Substrater: SNJ avløpslam (GA1) og fiskeslam (30% VS)+SNJ avløpslam (GA2) T: mesofil HRT: 19 d OLR: 2 g VS/l.d HVL: *Armfield system, 1 reaktor 17 l. Substrater: Bergen Rådalen avløpslam og blanding med fiskeslam (13 til 30 % VS) T: termofil HRT: 12 d OLR: 2,6-3,6 g VS/l.d Pilot-tester kjører for 4-5 måneder (+ pre-start-up perioden) 13

14 ml CH 4 / g VS Spesifikk metanutbytte GA1 GA2 Jan 31.: begynner tilsetting av fiskeslam til GA2! dager 14

15 FoU: Karakterisering av substrater og biorest TS VS Total-N NH 4 -N Total-P PO 4 -P K Ca Mg Na Cd Pb Hg Ni Zn Cu Cr % % of TS mg/ kg TS Fiskeslam A 13,4 12,3 5,7 1,50 0,95 0,19 0,18 1,2 0,31 1,2 0,46 <3,8 0,03 <7, ,1 Fiskeslam B 10,4 9,2 4,9 0,23 0,86 0,28 0,12 1,4 0,26 0,9 0,25 <3,4 0,02 <6, ,5 Podeslam (inok.) Bergen 2,7 1,8 10 4,5 2,7 0,013 0,42 1,6 0,53 0,39 0, ,521 < Slam Bergen 4,8 3,5 4,6 1,5 1,4 0,004 0,22 0,78 0,34 0,16 0, ,224 < Slam IVAR 8,1 6,6 2,5 0,27 1,2 0,29 0,4 1,3 0,43 0,86 0, ,138 < ,7 Slam Berger + A (25%) post AMPTS 0,5 0,4 4,6 3,3 2,1 0,110 0,28 1,3 0,44 0,4 0, ,32 < Slam Bergen + B (10%) post AMPTS 2,9 1,8 10 5,3 2,1 0,014 0,41 1,2 0,45 0,51 0, ,269 < Slam Bergen + B (25%) post AMPTS 2,7 1,7 11 5,2 2,7 0,015 0,45 1,6 0,56 0,63 0, ,620 < Slam IVAR + B (25%) post AMPTS 3,2 1,8 6,6 2,7 2,9 0,009 0,32 1,8 0,30 0,36 0,65 <16 0,349 < Kvalitetsklasser: 0 I II III 15 mg/kg tørrstoff Kadmium (Cd) 0,4 0,8 2 5 Bly (Pb) Kvikksølv (Hg) 0,2 0,6 3 5 Nikkel (Ni) Sink (Zn) Kobber (Cu) Krom (Cr) Norsk Landbruks og Matdepartementet (2003). Forskrift om gjødselvarer mv. av organisk opphav. FOR nr 951. Zn i fiskeslamprøvene ca. 250 mg/kg TS ; Zn i avløpslamprøvene: 370 og etter AMPTS: mg/kg TS Cu høyeste på avløpslam (mellom mg/kg TS)

16 Generelt om foreløpig FoU resultater For Bergen avløpslam (SMU~ ml CH 4 /g VS), tilsetning av fiske slam (10-25% vol.) (SMY: ml CH 4 /g VS) gitt mellom % økning i metanproduksjonen. Med fiskeslam som gi ikke en store forbedret, høyere verdier av total-n (og NH 4 -N) ble funnet på slutten av forsøket (NH 4 -N: 5,3 g/100 g TS). For IVAR Grødaland avløpslam (SMU~ ml CH 4 / g VS), tilsetning av fiske slam forbedret ikke metanutbyttet sin. For IVAR SNJ avløpslam (SMU~ 330 ml CH 4 / g VS), tilsetning av fiske slam forbedret metanutbyttet litt. Fiskeslam kvalitet har betydning, men den viktigste faktoren var type/kvalitet på avløpsslam for å se om fiskeslam tilsetting vil forbedre metanutbytte. Om semi-cstrs forsøk i HVL og Aquateam COWI: 30 % VS (23 % vol.) fiskeslam med SNJ avløpslam gi stabil produksjon 30 % VS fiskeslam og Bergen avløpslam ustabil på grunn av høy NH 4 -N 16

17 FoU: utnyttelse av næringsstoffer fra avløp og fiske-slam Fosfor tilgjengelig i Norge: ca tonns/år i organiske avfall og restproduktene 1 Husdyrgjødsel Fiskeslam fra sjøbasert oppdrettsnæring Fiskeslam fra landbasert oppdrettsnæring Avløpslam andre produkter 17 1 Hamilton et al., Investigating cross-sectoral synergies through integrated aquaculture, fisheries and agriculture phosphorous assessments. A Case Study of Norway. Journal of Industrial Ecology, vol. 20:4,

18 FoU: utnyttelse av næringsstoffer fra avløp og fiskeslam IVAR deltakelse i prosjektet er først og frem fokusert om resirkulering av næringsstoffer fra biogassproduskjon og gjodselkvaliteten av biorest. IVAR tester om bruk tørket fiskeslam fra smoltanlegg for å forbedre IVARs slamgjødselprodukt (Minorga ) Og ved RenEner-Mar prosjekt bli mikrobiologiske og kjemiske krav til den nye pellet produkt (jfr. gjødselvareforskriften), bli vurdert: Tungmetaller TKB og Salmonella TS, gløderest, NPK, konduktivitet og ph Bio-P analyser fra forsøk: Foreløpige resultater om substratergi viser at ca. 25% av total-p på fiskeslam er tilgjengelig, Bergen avløpslam ca. 7% og Grødaland avløpslam ca. 40% av total-p er tilgjengelig. Bio-P analyser forsetter for biorest fra noe AMPTS og CSTR tester. En av Masteroppgavene er om gjenvinning av næringsstoffer (fokus om P og N) fra flytende fraksjon av biorest med membraner prosesser (UF, RO). 18

19 Mål RESERVE1, Wastewater and Organic Waste Treatment Facilities Net Green Energy, Nutrients and Bio-products Producers Viser prosessanlegg for behandling av organisk avfall og kommunalt slam som ressursgjenvinning anlegg; produsent av grønn energi, gjødsel og bio-produkter. Delmål Forbedre anaerob nedbryting (AN) av kommunalt slam og matavfall ved å utnytte ledig kapasitet ved eksisterende eller nye planlagte biogassanlegg i WWTP i Skandinavia. Analyser alternative tilnærminger til AN av biomasse med sikte på produksjon av organiske syrer som alternativer til metanproduksjon. Forbedre gjenvinningen av næringsstoffer fra biorest med særlig vekt på fosfor og et definert og sikkert gjødselprodukt. Støtte målet om å gjøre AN til Skandinavias viktigste organiske avfallshåndteringsalternativ. COWI fonden er sterk engasjert i å gjør COWI til den foretrukne skandinaviske konsulenten for biogassanlegg og i å etablere et skandinavisk COWI innovasjonsnettverk om fornybar energi og ressursutvinning fra renseanlegg og 19 organisk avfallshåndtering, inkludert FoU som en hjørnestein for fremtidig utvikling.

20 Nettverk RESERVE1 Finansieringskilder Scandinavian R&D funding scheme Norwegian regional R&D funding scheme Private investor DK, NO, SE Offentlige sektor/sluttbruker Vann- og avløpsetaten København Anvendt FoU Bergen Stavanger Grunnforskning 20

21 Prosjekt utvikling: RESERVE1 WP1 WP2 Evaluation of spare capacity at biogas plants and available waste potential for codigestion Co-substrates characterizations WP3 Laboratory scale Methane potential trials WP8 Pilot scale WP4 Co-digestion trials Roadmap for codigestion WP10 WP5 Management Process operation strategy Laboratory scale WP6 Production of organic acids WP9 Dissemination of results WP7 21 Laboratory scale Recovery of organic acids P-recovery from digestate

22 FoU: produksjon av organiske syrer fra AN prosess Samutråtning av avløpslam og matavfall (PhD stipendiat) Primary + Secondary Sludge 22 SCANDINAVIAN Source BIOGAS separated CONFERENCE biowaste (Organic fraction of municipal solid waste, OFMSW)

23 FoU: produksjon av organiske syrer fra AN prosess Samutråtning av avløpslam og matavfall-potensielt København området: Avløpslam: Totalt (BIOFOS): Matavfall: Totalt: 1,600,000 tons/year (ca. 3% VS) 48,000 tons-vs/year 57,000 tons/year (ca. 25% VS) 14,250 tons-vs/year AVEDØRE, LYNETTEN, DAMHUSSØEN Ratio Avløpslam:Matavfall tonn/tonn 3.5% tonn-vs/tonn-vs 30.0% 23 OFMSW pretreatment at HCS, Glostrup

24 FoU: produksjon av organiske syrer fra AN prosess Karakterisering av substrater og hydrolysis batch tester Kjemiskparametrene g/l COD Tot-N Tot-P Primærslam Sekondærslam Matavfall Matavfall Primærslam Sekundærslam CSTR setup Reactor Stirrer Forskjellige Avløpslam/matavfall (VS) ratio Forskjellige substrat/inokullum (VS) ratio Primær/sekundærslam ratio: 60/40 (volum) Reactor Feed Stirrer 24 Feeding pump Feed Effluent

25 Takk for oppmerksomheten Thank you for your attention Maria M Estevez Aquateam COWI AS, Oslo Norway mmes@aquateam.no