VOORBE HANDELING Lignocellulos e rijke biomassa Han Vervaeren Bart Ryckaert

Voorbehandeling Inleiding Enkele Technieken Besluit

Inleiding + - Opslag Kostprijs Transport Energie inhoud + - Opslag Kostprijs Transport Energie inhoud Betere conversie Anaerobe vergisting  sneller + vollediger

Wat gebeurt er? Biodegradatie vs biobeschikbaar Specifiek opp Porositeit depolymerisatiegraad

Hoe evalueren?

Indeling…in literatuur en in praktijk Mechanisch en/of fysisch Chemisch en/of fysico-chemisch Biologisch Praktijk Conventioneel Mechanisch Silage (biologisch) Thermo-(mechanisch) Niet-conventioneel Chemisch Ultrasoon Thermisch Enzymatisch/biologisch Microgolven, etc.

Mechanische voorbehandelingen

Mechanische voorbehandeling Effect op biomassa Verkleinen partikelgrootte Vergroten aandeel VS Vrijstellen celinhoud Verlagen polymerisatiegraad

Mechanische voorbehandeling Effect tijdens vergistingsproces Vergroten contactoppervlak Versnellen vergistingsproces door snellere hydrolyse Verbetert toegankelijkheid biomassa voor micro-organismen

Mix aardappelen – appels - wortelen: stukken van 2 cm  vermalen Vlees: stukken van 2 cm  vermalen 0 c. Zonnebloemkernen: kern zonder schaal 5 mm  vermalen d. Hooi: stukken van 1.5 cm  vermalen Denneloof: stukken van 2 cm  vermalen

Effect op partikelgrootte en VS-aandeel in gras (Linkmark et al.,2012)

Effect op vergistingsproces (Linkmark et al.,2012)

Mechanische voorbehandeling Hydrolysatiegraad verhoogt: 5-25% Verhoging biogasopbrengst: 5-50% HRT verkort: 23%-59% Elektrische efficiëntie Gaand 8 keer meer output dan input tot negatief Hendriks et al., 2008, Lindmark et al., 2012

Mechanische voorbehandeling Inclusief homogeniseren en mengen Quickmix (vogelsang)

SILAGE

Gisten, schimmels Enterobac CO2 -CH3CHOHCOOH -CO2 -CH3CHOHCOOH CH3COOH CH3CH2OH CO2 Homoferm Clostridium Gisten, schimmels Enterobac Heteroferm Enzymatische behandeling Biologische behandeling  wit-rot schimmels (Wan & LI, 2012)

Verhoogt silage de methaan opbrengst? Van 11 – 17 % (Hermann et al., 2012, Vervaeren et al., 2010) (op mais, gierst, tarwe, rijst) in batch maar compensatie nodig voor : ODM verliezen Wijziging samenstelling ODM na ensilering Rond de 3- 7 % meerwaarde

Kunnen we met silage additieven dit verhogen? Mogelijks…. doch verder onderzoek nodig (Vervaeren et al., 2010)

Biologisch + Goedkoop + Eenvoudig + weinig risico op inhibitoren - Lage meeropbrengst - Lange tot zeer lange tijden nodig - Werking niet altijd gegarandeerd - Selectiviteit niet gegarandeerd

Silageadditieven – test praktijkvergister

Test inkuiladditieven pilootvergister Inagro Inkuilen maïs met en zonder inkuiladditief Basis periode van 40 dagen, testperiode van 40 dagen

Test pilootvergister

Thermo-mechanische voorbehandelingen

Types Extruder Mbv vijzels wisselende drukken en temperaturen creëren Verkleine partikelgrootte Scheuren cellen Toegankelijker maken ligno-cellulose door depolymerisatie Stoomexplosie Injectie stoom onder hoge druk gevolgd door een snelle drukval Lyseren cellen Toegankelijker maken ligno-cellulose (Hjorth et. Al, 2011, Horn et. Al, 2011)

Extruder Hjorth et. Al, 2011

Extruder – elektrische efficiëntie Hjorth et. Al, 2011

Voor- en nadelen Voordelen Geen chemische additieven Simpele techniek Sterke mechanisatie mogelijk Nadelen Energie-efficientie: grote verschillen Effect sterk afhankelijk type biomassa Investeringskost

Pre-hygiënisatie : thermisch

Pre-hygiënisatie Voor vergisting een hygiëniseringsstap doorvoeren 60 minuten aan 70°C Thermische voorbehandeling

Hygiënisatie voor vergisting Test op mengsel mest + groentenafval Prehygiënisatie Ultrasone behandeling Geen behandeling Onbehandelde mest X cattle slurry Ruitje: niets behandeld Vierkantje: ultrasoon Driehoekje: gehygiëniseerd (Luste et al., 2011)

Chemisch

ZUREN Zuren Voordelen Nadelen H2SO4, HCL, HNO3 en H3PO4 Geconcentreerde (30 – 70 %) of verdunde (0,5 – 2 %) ! vorming H2S en NH3 alsmede aromatische aldehyden (furfural/HMF) Vnl ingrijpend op hemicellulose (Monlau et al. 2012) Zuren Voordelen Nadelen Geconcentreerd Lage temperaturen Hoge suikeropbrengsten Hoog zuurverbruik Corrosie Moeilijke terugwinning Toxisch Condensatie en precipitatie lignine Ongewenste bijproducten (adaptatie) neutralisatie achteraf Verdund Laag zuurverbruik Hoge temperaturen Adaptatie voor bijproducten

Alkalisch Oxidatief Bij alle drie NaOH > KOH > Mg(OH)2 > Ca(OH)2 > NH4OH (Chandra et al., 2012) Verzeping van zure suikergroepen  toegankelijker Oplossen hemicellulose en (minder) lignine Herbruikbaar Biomassa verbruikt vrije alkaliën voor neutralisatie (+/- 3 % zonder meerwaarde) Oxidatief Toedienen van H2O2 (Fe 2+), CH3COOOH (van 1 tot > 20 %), Cl2, O3, O2 Zal naast cellulose vooral lignine aanvallen (inhibitie door oplossen aromaten) Minder geschikt wegens ook cellulose oplossend en niet selectief Bij alle drie verhoogd watergebruik uitspoeling opgeloste koolstof mogelijk Vervluchtiging mogelijk van koolstof neutralisatie nodig (zuren) Alkalisch meestal betere resultaten Haalbaarheid?  praktische problemen ! Kristalliniteit van cellulose niet aangepakt

Wijze van toediening : NaOH bij maïs Vernevelen : 30 % (350 ml/kg VM), weken : 4 % (2,6 L/kg VM) 18 % Onderzoek Enbichem – Inagro - 2009

Thermochemisch Grote toename mogelijk (> 200 % (bv. rijsstro) ), maar optimalisatie noodzakelijk! Ook sterke reductie in HRT mogelijk. (Lopez et al., to be submitted) Onderzoek Enbichem 2012

Thermochemisch (Monlau et al., 2012) Vb. op zonnebloemsteel (invloed van temperatuur) 10 % 4 %

Solventen en ionische vloeistoffen Organosolvents (OS) of ionische vloeistoffen (IV) OS : Methanol, ethanol, ethylene glycol, etc. + herbruikbaar, efficient (50 – 80 % delignificatie) + selectief cellulose//lignine//hemicellulose + goed stuurbaar - noodzaak voor recovery (via E/C, water, alcoholen) - (zeer toxisch), hygroscopisch - in combinatie met hoge temperaturen - zeer dure vloeistoffen, uitgebreide apparatuur, experimenteel - Bio-ethanol industrie, bio - refenery

Andere…the list goes on.. Vries-dooi Sonicatie Microgolven Superkrtisch water/CO2 Verkoling, torrefecatie, pyrolyse,.. etc

Conclusies Soms groot potentieel , andere veel minder Trade-off Veel nog experimenteel Complex gegeven Opschaling weinig bekend Belangrijkst: m³ CH4/ton vers Bv. toevoeging van grote hoeveelheden water? Opschaling: haalbaarheid, kost, onderhoudskost, investeringskost,.. Bv. toevoeging van grote hoeveelheden NaOH Energie-input <-> energie-output Bv. Hoge dosissen ultrasone trillingen