ECN publicatie: facebook
Titel:
Gasash: Improvement of the economics of biomass/waste gasification by higher carbon conversion and advanced ash management
 
Auteur(s):
 
Gepubliceerd door: Publicatie datum:
ECN Biomassa, Kolen en Milieuonderzoek 1-6-2006
 
ECN publicatienummer: Publicatie type:
ECN-C--06-038 ECN rapport
 
Aantal pagina's: Volledige tekst:
256 Download PDF  (6448kB)

Samenvatting:
Vergassing van biomassa en afval in een circulerend wervelbed produceert als bijproduct een zwarte koolstofrijke vliegas. In het GASASH project zijn de mogelijkheden tot hergebruik van dit specifieke materiaal onderzocht. Storten is meegenomen als optie, omdat in diverse landen het storten van hoogcalorisch materiaal in vele landen verboden is. Verder is storten slecht voor het groene imago van de productie van energie uit biomassa. Hoofddoel van het project was het vinden van economisch aantrekkelijke manieren om met deze koolstofrijke vliegas om te gaan. Specifieke doelen waren gesteld voor drie werkpakketten. Ten eerste (werkpakket WP1) zou het vergassingsproces geoptimaliseerd kunnen worden, niet alleen voor energieproductie, maar ook voor de kwaliteit en omvang van de as, d.w.z. maximale koolstofconversie. Het tweede werkpakket (WP2) had tot doel de ontwikkeling van nieuwe technieken voor de nabehandeling van koolstofrijke vliegas om deze geschikt te maken voor hergebruik. Het derde werkpakket (WP3) betrof het zoeken naar bestaande en nieuwe routes voor hergebruik. Een vierde werkpakket (WP4), waar ECN slechts een kleine bijdrage aan heeft geleverd, omvatte een techno-economische evaluatie van de diverse routes voor hergebruik. In WP1 heeft ECN een aantal testen uitgevoerd in haar 500 kWth circulerend wervelbed vergasser (BIVKIN). De resultaten van de runs, alsmede data van oude runs en achtergrond informatie zijn gebruikt om de invloed van de diverse procesparameters te bepalen. De voornaamste conclusie was (ondersteund door resultaten van de andere projectpartners) dat praktische maatregelen in bestaande vergassers niet kunnen leiden tot een koolstofgehalte in de vliegas, wat zo danig laag was, dat het in de bestaande routes voor gebruikt van steenkool vliegas zou passen. Ingrijpende veranderingen in het ontwerp zouden dit mogelijk wel kunnen bereiken, maar dat werk is nog in een pril ontwikkelingsstadium. In WP2 zijn diverse nabehandelingstechnieken zijn onderzocht, die stuk voor stuk tot verbetering van bepaalde askarakteristieken kunnen leiden en assen geschikter kunnen maken voor hergebruik. Door droog zeven kan een kleine asfractie van grove deeltjes worden afgescheiden met een relatief laag gehalte verontreinigingen. De bulk van de as wordt hier echter niet mee aangepakt. Pelletiseren kan tot belangrijke verbeteringen in opslag en transport van vliegas leiden. Immobilisatie met petroleum residu resulteert in een materiaal met sterk verbeterd uitlogingsgedrag, wat als bouwmateriaal inzetbaar is. Verbranding bij lage temperatuur zet koolstofrijke vliegas om in koolstofarme vliegas, die vergelijkbaar is met vliegas van directe verbrandingsprocessen. Verbranding bij hoge temperatuur is een technisch acceptabele manier om de vliegas om te zetten in steenachtig bouwmateriaal, wat onbeperkt toegepast kan worden. Gecontroleerde uitloging kan gebruikt worden om chloor en alkali metalen te verwijderen, maar zware metalen blijven grotendeels achter. Uiteindelijk is smelten geselecteerd om nader onderzocht te worden. Enige kilogrammen synthetisch basalt zijn gemaakt in de vorm van blokken en granulaat. Elk van deze producten voldoet aan de criteria voor categorie 1 van het Bouwstoffenbesluit (BSB), nl. toepasbaar in onbeperkte hoeveelheden. In WP3 is er gezocht naar technisch haalbare vormen van hergebruik, bestaand of nieuw. Dit omvatte o.a. een vergelijking van de askarakteristieken met de specificaties van elke gevonden route voor hergebruik, voornamelijk vanuit een Nederlands perspectief. De algemene conclusie is, dat er geen universele oplossing bestaat en dat voor elke soort vliegas apart een optimale route moet worden gevonden. Technische en economische haalbaarheid is afhankelijk van de lokale situatie. Wanneer we de Nederlandse wet- en regelgeving toepassen, kan gesteld worden dat koolstofrijke vliegas bij voorkeur ingezet moet worden als brandstof. Dat is een vorm van hergebruik waarbij de relatief hoge calorische waarde van de droge, koolstofrijke vliegas nuttig gebruikt wordt. De brandstof kan o.a. worden toegepast als meestookbrandstof in kolencentrales, of in smelters en cementovens. Direct hergebruik als bouwmateriaal is niet goed mogelijk voor de koolstofrijke vliegas (maar wel voor bodemas). De vliegas heeft geen aantrekkelijke technische eigenschappen, wanneer sloophout of een andere vervuilde brandstof gebruikt wordt. De kans is groot, dat de as niet voldoet aan de eisen van het Bouwstoffenbesluit (BSB). De vliegas zou wel als vulstof in asfalt of asfaltachtige producten gebruikt kunnen worden. Na verbranding zou de koolstofarme vliegas wel gebruikt kunnen worden als bouwmateriaal, o.a. voor de aanleg van wegen, mits wordt voldaan aan het BSB en andere (civiel)technische eisen. Ook bestaan er mogelijkheden om na verbranding koolstofarme vliegas in bouwmaterialen te verwerken, mogelijk in speciale cementproducten. Toepassing als meststof (direct of indirect als grondstof) is onwaarschijnlijk. Bijna altijd is de verhouding tussen nutriënten en verontreinigingen ongunstig. Misschien zou vliegas van schoon hout teruggebracht kunnen worden naar het bos waar het hout is geoogst. In Scandinavië en elders is dat mogelijk, maar onder Nederlandse omstandigheden is asrecycling nauwelijks relevant. Er zijn geen grootschalige productiebossen of energieplantage en de Nederlandse wet- en regelgeving biedt geen mogelijkheden daartoe. Storten van koolstofrijke vliegas is niet toegestaan in Nederland. Uitgebrande vliegas kan wel gestort worden, maar dat is duur. De technisch meest kansrijke routes voor hergebruik van koolstofrijke vliegas zijn uiteindelijk: 1) direct gebruik als brandstof, 2) gebruik in asfalt en asfaltachtige producten en 3) toepassing - na verbranding - als bouwstof in de wegenbouw of als grondstof voor cement. In WP4 is een techno-economische studie verricht, grotendeels door andere projectpartners in een breder, Europees perspectief. De voornaamste conclusie is dat alle vormen van hergebruik van vliegas geld kosten, variërend van bijna niets tot meer dan € 300 per ton. Alleen terugwinning van metaal uit bodemas kan een positief economisch resultaat opleveren. In Europees perspectief is hergebruik als (secondaire) brandstof economisch het meest aantrekkelijk. Daarna komt naverbranding, waarbij een koolstofarme as wordt gevormd, die als bouwmateriaal of misschien als meststof gebruikt kan worden. Naverbranding opent ook de weg naar storten. Smelten is de meest kostbare van de onderzochte vormen van hergebruik. Voor elke optie geldt, dat de uiteindelijke kosten niet alleen sterk afhankelijk zijn van de askwaliteit, maar ook van de lokale situatie m.b.t. logistiek en regelgeving. Op basis van de bredere conclusies van het GASASH project is een vooruitblik voor de situatie in Nederland geformuleerd. Eén van de eerste conclusies is, dat koolstofrijke vliegas van vergassing van biomassa en afval een lastig materiaal is. Er zijn geen voor de hand liggende oplossingen en het beste zou zijn om productie ervan te voorkomen, b.v. door verbranding in het vergassingsproces te integreren. Chloor, alkalimetalen, zware metalen en het hoge koolstofgehalte zijn allen problematisch. Direct hergebruik in bulkhoeveelheden is in feite beperkt tot gebruik als (secondaire) brandstof of als vulstof in asfalt, maar het is afhankelijk van lokale factoren. Transportafstanden moeten kort blijven en gebruikers moeten een vergunning hebben voor het verbranden/verwerken van afval. Hergebruik op kleine schaal is nog sterker afhankelijk van toevallige, gunstige omstandigheden. Naverbranding van koolstofrijke vliegas vergroot de mogelijkheden tot nuttig hergebruikt in bulktoepassingen. Direct gebruik als bouwstof is in principe mogelijk, maar ligt niet voor de hand voor vliegas (wel voor bodemas). Gebruik als grondstof voor bouwstoffen biedt betere perspectieven, maar hangt af van specifieke aseigenschappen en de eisen die worden gesteld voor productie van o.a. cement en bakstenen. Gebruik als meststof lijkt voor Nederland niet mogelijk omdat de verhouding tussen nutriënten en verontreinigingen te slecht is, maar uitzonderingen zijn denkbaar, b.v. voor as van kippenmest. Recycling naar de bodem is door de geografische omstandigheden in Nederland geen serieuze optie. Tenslotte is duidelijk geworden dat een constante samenstelling en voorspelbare hoeveelheden van het allergrootste belang zijn. Gebruikers zullen alleen overwegen om vliegas te gebruiken als zowel kwaliteit als voldoende kwantiteit gegarandeerd zijn. Dit impliceert dat men ook zorgvuldig moet zijn bij de keuzes voor brandstoffen die gebruikt worden in vergassingsinstallaties, want deze hebben direct effect op de samenstelling van de assen.


Terug naar overzicht.