Ammonia recovery from anaerobic digestion via gas-liquid stripping, and its subsequent utilisation in a solid oxide fuel cell for electricity production

Promovendus/a: Advait Palakodeti

Promotor(en): Prof. dr. ir. Raf Dewil, Prof. dr. ir. Lise Appels, Dr. Samet Azman

In de 20e eeuw is de veehouderij snel toegenomen, waardoor grote hoeveelheden dierlijk mestafval ontstaan. Dit afval is een bron van ammoniakemissies naar het milieu. Dit is ongewenst, aangezien ammoniak een schadelijke lucht- en waterverontreinigende stof is, die het leven van mensen en waterdieren aantast. Omgekeerd is ammoniak een belangrijke grondstof voor de landbouw en de energiesector. Ammoniak is ook een bron van waterstof, waardoor het geschikt is voor gebruik in een SOFC-cel (solid oxide fuel) voor de productie van elektriciteit. Daarom werd in dit doctoraat een proces voorgesteld om ammoniak terug te winnen uit koemest na anaerobe vergisting en te gebruiken in een SOFC voor elektriciteitsproductie. De volgende experimentele resultaten werden aangetoond: i) Ammoniak werd teruggewonnen uit het anaerobe digestaat van koeienmestafval door toepassing van gas-vloeistof stripping technologie. Verhoging van de striptemperatuur bleek de teruggewonnen ammoniak te maximaliseren. ii) De koppeling van anaërobe vergisting en gas-vloeistof stripping had geen negatief effect op de stabiliteit van de vergister. De methaanopbrengsten van de vergister werden niet beïnvloed door recirculatie van de gestripte vloeistof en verhoging van de strippings-pH van 8 naar 9,5. iii) Het gasmengsel van ammoniak en biogas uit de strippingskolom werd aangetoond als een geschikte brandstof in een SOFC. Verder werd aangetoond dat de verkregen elektriciteit kan worden gemaximaliseerd door ammoniak en biogas als afzonderlijke brandstoffen te gebruiken in plaats van een mengsel. iv) Het ammoniak- en biogasmengsel dat wordt geproduceerd via het strippen van digestaat in een batch-configuratie is niet haalbaar als brandstof voor de SOFC. Dit komt door de afnemende concentraties van ammoniak met de tijd en de verwaarloosbare toename van de elektriciteitsproductie wanneer ammoniak wordt ingevoerd. v) Ten slotte levert het gebruik van de ammoniak voor de productie van meststoffen in plaats van elektriciteit een economisch aantrekkelijker product op (€ 0,22/kg N mestvoer in vergelijking met € 1,77/kg N mestvoer). Deze laatste toepassing heeft echter een aanzienlijk groter positief milieueffect. Door te voorkomen dat ammoniak en biogas in het milieu terechtkomen, bespaart de samenleving € 42/kg N mestvoer. Omgekeerd kan de uitstoot van NH3 als gevolg van het gebruik van AS leiden tot € 0,57/kg N mestvoer ter waarde van economische schade voor de samenleving.