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Agricultural and industrial wastes co-digestion: Feedstock study and mass balance evaluation
2006 and 2011 French regulations regarding biogas valorisation through feed-in tariffs gave a recent boost to the development of anaerobic digestion activities in France: electricity produced from biogas is currently purchased between 112 and 200€/MWhe (in function of installed electrical power) against slightly more than 50€ before 2006. As a consequence, total installed electrical power from agricultural and industrial wastes co-digestion (<600kWe) had raised from less than 1MWe before 2006 to more than 5MWe in 2011 (Ademe, 2011).
Further Authors:
D. Tristant & B. De Franssu - AGROPARISTECH
J.L. Martel & J.F. Yapo - CIRSEE SUEZ ENVIRONNEMENT
G. Villemin & A. Lepine - SITA
In order to assess such co-digestion market opportunities, CIRSEE team, in partnership with AgroParisTech experimental farm and SITA Ile de France, engaged a preliminary characterisation campaign. Both agricultural and industrial wastes were identified and sampled. Liquid and solid manures, clean and rotten maize silage, food and grease wastes were characterised for pH, dry and volatile matter (DM and VM) and total and ammonium nitrogen contents. To assess anaerobic biodegradability, batch incubation tests were performed in controlled environment during 60 days on each “substrate” and on a specific mix of them, which corresponds to a typical feedstock with half agricultural and half industrial wastes inputs. This first part of the study allowed comparison of substrates characteristics and assessment of co-digestion effects by comparing mixed and individual materials degradation behaviour. Basic digester and biogas engine sizing approach was also considered, based upon the typical feedstock characteristics. Furthermore, at the end of some incubation tests, materials were again characterised in order to evaluate digestate matter quality and more particularly organic nitrogen mineralisation during anaerobic digestion. A simple calculation approach was implemented to establish a well mass-balanced reaction scheme according to the following hypothesis: loss of matter and water in biogas, total nitrogen conservation and initial organic nitrogen partial mineralisation. Incubated materials properties calculated from initial waste and inoculum characteristics were compared to experimental data to determine the nitrogen mineralisation degree. Characterisation results highlighted a great variability between the different products: pH ranged from 4 (food waste) to 9 (solid manure), DM content from 10 (liquid manure) to 53 % (grease) of raw matter, total nitrogen from 5 (grease) to 75 g/kgDM (food waste) and ammonium nitrogen from 0.4 (grease) to 12 g/kgDM (liquid manure). Anaerobic biodegradabilities also showed important variability as methane potentials ranged from 18 L/kg of raw matter (RM) for liquid manure to 557 L/kgRM for grease. As a consequence, mix sample presented the following medium characteristics: 17% DM, 89% VM, 47 gN/kgDM and a methane potential of 75 L/kgRM. From those different results, we can argue that agricultural materials, while representing 50 % of inputs total raw matter, only contribute to 15 % of overall feedstock methane potential. Industrial wastes contribution is thus essential in such co-digestion activities. Assuming a combined heat and power system functioning 8000 h/year with a 38% electrical yield, an electrical power engine of 35 We/(tRMinput/year) should be needed for the considered feedstock. Furthermore, from biogas production kinetic observed in batch experiments, a minimum retention time of 35 days could be estimated, to achieve at least 90 % of ultimate methane production reached after 60 days of incubation. This means that minimum reactor volume should be around 0,1 m3/(tRMinput/year). From analysis performed at the end of incubation tests, anaerobic digestion mass balance was established. Concerning nitrogen, a 25 % average mineralisation of substrate initial organic nitrogen was observed. The higher mineralisation degrees were observed after food wastes incubations where almost 40% of substrate initial organic nitrogen were converted to ammonium, after 60 days of anaerobic degradation. To conclude, this study demonstrates the particular interest of agricultural and industrial wastes co-digestion to combine organic wastes treatment, bio energy production and agronomic valorisation.
| Copyright: | © European Compost Network ECN e.V. | |
| Quelle: | Orbit 2012 (Juni 2012) | |
| Seiten: | 8 | |
| Preis inkl. MwSt.: | € 8,00 | |
| Autor: | Dr. Maxime Rouez  Jean-Luc Martel | |
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