GreenSpeed-konceptet kan bane vejen for en mere ressourceeffektiv spildevandsrensning ved at integrere traditionel spildevandsrensning med mikroalgeproduktion. Teknologien giver øget biogasproduktion, produktion af gødning med høj gødningsværdi og betydelig reduktion af drivhusgasser.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 10, 2017 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.
Af M. Thomsen1, K. Helmo2, E.B. Vea1, L.M.F. Olsen3, W. Stelte3, T. Svendsen4 og A.B. Bjerre3
1 Aarhus Universitet, 2 Helmo Consult, 3 Teknologisk Institut og 4 Bio-Aqua A/S
GreenSpeed er en ny metode, hvor algeteknologi integreres i den traditionelle spildevandsrensning. Herved omstilles der til et ressourcefangstsanlæg med binding af NPK i algebiomasse og en kraftig øget fangst af kulstof til biogasproduktion. Dertil vil symbiosen mellem bakterier og alger bevirke, at udledningen af drivhusgasser reduceres betragteligt, figur 1. Konceptet er udviklet i VTU-projektet ”GreenSpeed Spildevandsrensning” i et projektkonsortium bestående af Teknologisk Institut, Aarhus Universitet, Bio-Aqua A/S og Helmo Consult. Dertil har Hørsholm Vand A/S, KLAR Forsyning A/S, SK-Forsyning A/S og Nyborg Forsyning og Service A/S deltaget som forsyningspartnere.
Formålet med teknologien er at udvikle et nyt og mere effektivt spildevandssystem ved at omlægge konventionel biologisk spildevandsrensning til algebiomasseproduktion under samtidig effektiv fjernelse af næringssalte N, P, og K.
I dag anvendes i alle kommuner store ressourcer og energi på at behandle spildevand og omsætte det indkommende kulstof til bioslam, CO2 og vand. Samtidig omsættes det indkommende ammonium til frit kvælstof og binder fosfat kemisk/biologisk i slammet.
VTU-projektet har arbejdet med identifikation af alge/planter til næringssaltoptagelse og udarbejdet procesdesign til integration af et bakteriologisk forbehandlingstrin efterfulgt af en algeproces. Der er udviklet et alternativ til nutidens konventionelle rensningsteknologi, hvor mikroalger optager N, P, og K og dertil CO2, der recirkuleres fra den tilpassede konventionelle biologiske renseproces. Algebiomassen bliver filtreret og testet for biogaspotentiale (218 Nml CH4/g organisk stof på tørstofbasis) og gødningsværdi (tørstof-vægtprocenter: 7.1% N, 2% P, 1% K og 0.5% Mg). N-, P- og Mg-indhold ligger på niveau med kommercielle gødningsprodukter, mens K-indholdet er forholdsvist lavt.
Fra emissioner til ressourcefangst
Med hjælp af GreenSpeed-processen opsamles kvælstoffer før den biologiske renseproces, og dermed reduceres latteremissionen tilsvarende. Konceptet af tre dele: forbehandling, algedyrkningsdel og alge høst-/separationsdel.
Ressourcefangst i mikroalgerne har potentiale for at øge biogasproduktionen og dermed at opgradere eksisterende renseanlæg til netto-energiproducerende anlæg. I tillæg produceres der NPK-gødning med høj gødningsværdi (plantetilgængelighed). Sidst, men ikke mindst, resulterer metoden i en betydelig reduktion af drivhusgasser kvantificeret i form af et netto negativt proces CO2-fodaftryk.
Proces CO2-fodaftryk – effektivitet af udnyttelsen af ressourcer i spildevand
Der er udført en sammenlignende livscyklusanalyse af processen for at følge CO2-fodaftrykket af Slagelse spildevandsanlæg før og efter implementering af GreenSpeed. Analysen er udført på laboratorie i pilotskala, figur 2, hvorefter der er opskaleret til teoretiske demonstrationsanlæg designet mhp. brug af den eksisterende infrastruktur og procesvolumen på Slagelse renseanlæg. Resultaterne i figur 4 er eksklusiv emissioner fra energiforbrug til drift af anlægget, idet der udelukkende ses på effektiviteten af udnyttelsen af ressourcer i spildevand.
I figur 4 ses de enkelte delprocessers bidrag til det samlede proces CO2-fodaftryk. Der opnås størst klimagevinst (undgået drivhusgasemission) ved at anvende mikroalgeproduktion til at oprense næringsstoffer i spildevand og returnere disse til det økonomiske system i form af biogødning. Substitution af importeret N-handelsgødning er forbundet med store CO2-emissionsbesparelser.
Klimagevinsten ved en øget biogasproduktion er, ligesom produktion af biogødning, kvantificeret som undgået drivhusgasemission ved substitution af el- og varmeproduktion i det danske energisystem (negative/undgåede emissionsbidrag markeret med grøn og lys rød; ”Biogas_Varme” og ”Biogas_El”). Metanemissionen fra biogasproduktionen er inkluderet i den samlede luftemission (markeret med mørk rød; ”air emissions”). Biogasproduktionen er baseret på et konservativt estimat, idet det øgede metan-omdannelsespotentiale i bioslammet fra biosorptionsprocessen ikke er medregnet, figur 3. Samlet set opnås en fordoblet biogasproduktion fra referencesituationen til demo II. Sidegevinsten ved substitution af handelsgødning med organisk biogødning er opbygning af kulstof i jord.
Biogen CO2-emission betragtes iflg. IPCC 2013 at være klimaneutral, hvorfor CO2-optaget i mikroalgebiomassen ikke er medregnet i nærværende analyse. I et fremtidigt biobaseret samfund vil de lukkede nærringsstofstrømme dog være en betydende faktor for klimabalancen.
Den manglende regulering af lattergasemissioner fra konventionel spildevandsbehandling og metanemissioner fra biogasproduktion er en af årsagerne til den manglende fokus på ressourceopsamling med emissionsreduktion til følge. En regulering af luftemissioner fra spildevandsrensning kan understøtte implementering af innovative ressourceforvaltningsteknologier inden for spildevandsbranchen. Den sammenlignende analyse af forvaltningen af ressource i spildevand på Slagelse renseanlæg er pt. klimaneutral med potentiale for et øget bidrag til biobaseret produktion og modvirkning af klimaforandringer.
Kilder
VTU Projekt 7817. 2015: GreenSpeed Spildevandsrensning. Projektrapporter findes på http://vtufonden.dk/projektzonen/projekter/2015/7817-greenspeed.aspx.
Helmo, K. 2017. Mikroalger kan opgradere dit renseanlæg. STF’s fagblad Spildevand, 2017, 3, side 18-20.
IPCC 2013.
Thomsen, M., Vea, E.B., Helmo, K, Olsen, M.F.L., Stelte, W. Svendsen, T., Bjerre, A.B., 2017 ”GreenSpeed® a carbon negative wastewater treatment and biobased production technology”, under udarbejdelse.
Seghetta. M., Marchi, M., Thomsen, M., Bjerre, A.B., Bastianoni, S., 2016. Modelling biogenic carbon flow in a macroalgal bioferinery system. Algal Research 18, 144-155.doi.org/10.1016/j.algal.2016.05.030.
