Mineralenterugwinning uit reststromen - BioNPK rapport gereed

Voor het succes van de Biobased Economie is van groot belang om mineralen terug te winnen uit industriële reststromen voor hergebruik in de landbouw. Of de business case of economisch haalbaar is, is sterk afhankelijk van de omvang van de reststroom, het gehalte aan te winnen mineraal, de opbrengstprijs van het mineraal en de operationele kosten van het proces. Dit is één van de conclusies uit het BioNPK onderzoek dat DBC partners gezamenlijk hebben uitgevoerd.

Winning van mineralen uit industriële reststromen voor hergebruik in de landbouw, om zo te komen tot gesloten kringlopen, kan een zowel duurzame als economisch interessante optie zijn. Of het in een bepaalde concrete situatie tot een economisch aantrekkelijke business case komt is sterk afhankelijk van de omvang van de reststroom, het gehalte aan te winnen mineraal, de opbrengstprijs van het mineraal en de operationele kosten van het proces. Naarmate meer energie- en/of hulpstoffen nodig zijn, zal het proces minder duurzaam en duurder worden.

Over de winning van mineralen uit waterige (rest)stromen bestaat een omvangrijke collectie literatuur over reeds uitgevoerde onderzoeken. Dicht bij huis valt te denken aan bijvoorbeeld struvietwinning bij de aardappelverwerkende industrie en uit urine en NH3-winning uit verwerking van dierlijke mest. Veel van de gebruikte technologieën zijn bekend en installaties commercieel verkrijgbaar. Dat het niet op grote schaal wordt ingezet heeft vooral te maken met het ontbreken aan rendabele business cases.

Daarnaast is gebleken dat het bij de winning van de mineralen over het algemeen gaat om in de markt al bekende meststoffen, waarvan relatief veel literatuur op het gebied van de toepassing in de landbouw, bijv. in de vorm van veldproeven, beschikbaar is. Dit heeft ertoe geleid dat de invulling van het BioNPK-programma is aangepast. Nadruk is komen te liggen op het toetsen van werkwijzen voor het winnen van mineralen uit de reststromen van de partners. Experimenteel onderzoek is ook op pilot-plant niveau uitgevoerd.

De belangrijkste conclusies zijn:

1. Winning van mineralen uit reststromen kan een duurzame oplossing vormen voor het creëren van kringlopen naar de landbouw. Echter, veel industriële business cases zijn negatief. Het winnen van mineralen vergt niet alleen veel energie maar kent ook een significant hulpstoffenverbruik, waardoor het alternatief “niets doen” nu nog een aantrekkelijker economische optie is. De fabricagekostprijs van traditionele (fossiele) kunstmeststoffen is anno 2013 vaak veel lager dan door winning uit industriële reststromen mogelijk is.

2. NH3-winning uit (centraat van) digestaat van de vergisters van Suiker Unie en AVEBE is op dit moment nog geen rendabele optie. Dit wordt veroorzaakt door de combinatie van de relatief lage concentraties, de lage opbrengstprijzen van de verkregen meststoffen en de operationele kosten (energie en hulpstoffen).

3. Struvietwinning uit centraat van de Suiker Unie vergisters is geen rendabele optie vanwege het relatief lage fosfaatgehalte in combinatie met een lage opbrengstprijs. Het grootste deel van de fosfor wordt met de vaste organische stof afgescheiden. Uit het afvalwater van Sensus en uit digestaat van AVEBE biedt struvietwinning wel goede economische perspectieven. Bij Sensus wordt door een proceswijziging fosfaat dan niet meer met FeCl3 en Ca(OH)2 neergeslagen en met de wortelgrond naar de grondberging afgevoerd, maar wordt het als ammoniumstruviet gewonnen.

4. Concentraten van mengsels van nutriënten lijken nu financieel interessanter te zijn dan winning van mineralen in zuivere vorm, en mogelijk aantrekkelijker dan de huidige wijze van verwerking van de stroom. Hierbij zal wel gebruik gemaakt moeten worden van energiezuinige oplossingen, zoals hergebruik van restwarmte of mechanische damprecompressie. Een voorbeeld van een relatief nieuwe energiezuinige techniek is eutectische vriesconcentratie.

5. Substantiële verwijdering van kalium(zouten) uit tarwegistconcentraat is op dit moment technologisch-financieel niet haalbaar.

6. Specifieke biologische processen voor het mobiliseren van in organisch of anorganische stof (grond, biomassa) gebonden nutriënten, zoals van fosfor in biomassareststromen, bieden in de toekomst misschien mogelijkheden voor economisch interessante processen. Deze oplossingen vereisen nog aanvullend onderzoek.

7. Productie van NH3 m.b.v. elektriciteit, in relatief compacte brandstofcellen, biedt mogelijkheden om op lokaal nivo (bijv. op boerenbedrijf) direct te kunnen beschikken over een essentieel en universeel gebruikt nutriënt. De elektriciteit kan duurzaam worden opgewekt met bijv. zonnecellen. Aanvullend onderzoek is nodig om de haalbaarheid van dit concept vast te stellen.

Kansen in de toekomst.

Bij de winning van mineralen uit waterige reststromen is nu vooral sprake van het toepassen van bekende technologieën voor de noodzakelijke fysische en chemische bewerkingen. Voorbeelden zijn luchtstrippen (van NH3), kristallisatie (van struviet) of indampen (van mineralenoplossingen). In het BioNPK-programma is vooral aandacht besteed aan deze (bewezen) technieken omdat die op relatief korte termijn kunnen worden geïmplementeerd in bestaande processen.

Toekomstig onderzoek moet ook gericht worden op mogelijk interessante werkwijzen die nu nog niet, maar in de toekomst mogelijk wel, rendabel kunnen worden toegepast.

Voorbeelden hiervan zijn:

• Fixeren van N en/of P uit waterige stromen in biomassa (bijv. het eiwitrijke lemna/ eendenkroos, wat vervolgens als veevoer kan worden gebruikt).
• Eutectische vriesconcentratie als alternatief voor het traditionele indampen/ concentreren.
• Op biologische wijze mobiliseren van gebonden P tot ortho-fosfaat uit grond en biomassa.
• Kleinschalige productie van ammoniak met brandstofcellen op basis van duurzaam opgewekte elektriciteit (Greenfertilizer project).