In dit werkpakket zijn de mogelijkheden onderzocht naar de opwaardering van de anorga-nische fractie d.m.v. biologische, fysische en chemische technieken naar een product met toegevoegde waarde. Anorganische fractie bestaat uit as en zand. De as is afkomstig van de biomassa en het zand is afkomstig van het pyrolyseproces. Werkpakket 4 is net zoals werkpakket 3 doorgevoerd onder leiding van dr. ir. Simon Hageman en ing. Albert Rosen-dahl van Saxion

Pyrolyse van hoogwaardige houtachtige bio-massa resulteert in een anorganische fractie van 0.4-1.0 wt% of minder. Binnen dit on-derzoek wordt onderzocht of laagwaardigere biomassastromen gebruikt kunnen worden voor pyrolyse. Hierdoor zal de hoeveelheid anorganische fractie mogelijk oplopen tot 40-50 % als gebruik wordt gemaakt van bijvoor-beeld gedroogd digestaat. Met een dergelijk hoog percentage is het noodzakelijk om naast pyrolyseolie ook de anorganische fractie als volwaardig product af te zetten. Een belangrijk aandachtspunt bij de verwerking van de anorganische fractie zijn de zware metalen. Afhankelijk van de bron kunnen deze in meer of mindere mate aanwezig zijn, een negatief effect hebben op het milieu en daardoor de toepassingsmogelijkheden limiteren. Bijvoorbeeld; houtas van verbrandingsprocessen wordt voor de wet niet altijd volwaardig als meststof gekenmerkt.

Figuur 1: Drie as samples gebruikt tijdens het onderzoek. De kleurverandering duidt op een verschillende samenstelling.

Samenstelling van de as

As bestaat grofweg uit verschillende elementen waarbij calcium, kalium, natrium, magnesium en chloor de belangrijke elementen zijn. De percentages van deze elementen in de verschillende fracties as kunnen behoorlijk variëren door het gebruik van verschillende biomassastromen, pyrolyseprocesvoering (bijvoorbeeld bodem- of vliegas) en de hoeveelheid toegevoegd zand vanuit het pyrolyseproces. Naast deze elementen zijn ook de zware metalen in de as gevonden. Deze zware metalen geven juist de negatieve waarde aan de as, omdat ze giftig kunnen zijn. Ook is het duidelijk dat de elelementen, waaronder de zware metalen, in verschillende samenstellingen kunnen voorkomen in de as. Een overzicht van een typische samenstelling van as is weergegeven in figuur 2.

Figuur 2: Een typische samenstelling van de as op veel voorkomende elementen. De ratio kan afwijken door de hoeveelheid zand. Indicatie: minder dan 0,1 % wordt gevonden voor de elementen ko-per, nikkel, cadmium, etc.

Met o.a. de scanning elektronen microscoop (SEM) en röntgenstraling (XRD) is, behalve naar de samenstelling van de as, ook geke-ken naar de vorm en de structuur van de as. Uit de analyse van de SEM blijkt dat de deeltjesgrootte varieert (figuur 3). Verder geeft de SEM-foto ook weer dat de deeltjes qua sa-menstelling variëren; d.w.z. op microschaal is de as een heterogeen mengsel. Dit ver-moeden wordt bevestigd door de XRD-analyse, waaruit blijkt dat het as-mengsel deels uit kleine kristallen bestaat. Wellicht is het daardoor mogelijk deeltjes te scheiden op dichtheid en grootte, waardoor ook elemen-ten van elkaar gescheiden kunnen worden. In het ideale geval kunnen de zware metalen worden weggenomen en kan de resterende as terug naar de biomassa als voedingstof, hierdoor ontstaat een kringloop

Figuur 3: SEM-foto van de as. Het maatstreepje is een halve millimeter lang. Deeltje #1 bestaat gro-tendeels uit CaO, #2 uit meerdere elementen, #3 uit vooral CaO, #5 vooral uit SiO (zand). Deeltje #4 bestaat vooral uit koolstof, en dit is waarschijnlijk afkomstig van de methode voor de SEM.

De opwaardering van de as
Tijdens het onderzoek is gezocht naar een-voudige en goedkope processtappen voor het opwaarderen van de as. Deze stappen gaan uit van een eenvoudig principe en lage inves-terings-, energie- en chemicaliënkosten. De volgende technieken zijn toegepast en om-schreven met een korte toelichting:
(1) scheiding op grootte door zeven leverde geen gewenst effect op, de samenstel-ling van de elementen in de verschil-lende fracties veranderde niet.
(2) het magnetisch winnen van ijzerdeel-tjes uit de as was mogelijk, echter is de fractie ijzer erg klein en bovendien za-ten aan deze deeltjes ook verontreini-gingen, waardoor het economisch on-waarschijnlijk is de as magnetisch op te waarderen.
(3) scheiding op elektrostatische lading re-sulteerde in geladen en ongeladen deel-tjes, maar niet in een scheiding van ele-menten.
(4) bezinken van de deeltjes in water lever-de geen significante scheiding van de elementen op.
(5) filtratie experimenten zijn uitgebreider bestudeerd, de variatie in temperatuur en pH biedt meerdere mogelijkheden.

Figuur 4: Voorbeeld van een filtratie-experiment: Pyrolyse-as wordt gemengd met demiwater. uit-eindelijk wordt deze oplossing gefilterd waardoor de onoplosbare delen achterblijven in het filter (residu). Geheel rechts is de uitkomst van een filtra-tiestap. De grotere witte fles bevat kalium, chloor, natrium en uitgedroogd filtraat. De rechter pot be-vat het residu.

Een groot deel van de as, zoals de elementen kalium, natrium en calcium, is oplosbaar in water. Daarom zijn er verschillende filtra-tietechnieken uitgevoerd bij verschillende pH en temperaturen (figuur 4 en 5). Uit de filtratieproeven blijkt dat het mogelijk is het grootse deel kalium, chloor, zwavel en deels calcium uit de as te filtreren. Door sturing in temperatuur en pH is de hoeveelheid calcium in het filtraat te beïnvloeden. Als een groot deel van dit calcium in het filtraat kan ein-digen, dan kan uiteindelijk een product ver-kregen worden voor de landbouw. De meeste zware metalen en hinderlijke componenten blijven in het residu aanwezig, hierdoor is uiteindelijk een deel van de voedingstoffen gescheiden van de zware metalen.

Conclusie: oplossing voor de verwerking van pyrolyse-as
Tegenwoordig wordt de pyrolyse-as bij wet bestempeld als afval, omdat er zware meta-len in aanwezig zijn. De zware metalen ma-ken het momenteel onmogelijk om bij wet de as direct toe te passen als bemestingsstof. De opwerking van de as door middel van filtratie (waardoor de zware metalen worden verwijderd) biedt perspectieven voor een product als bodemverbeteraar. Ook kan gekeken wor-den naar mogelijkheden om de wettelijke re-gelingen aan te passen om pyrolyse-as toch direct te gebruiken als bodemverbeteraar, wanneer het lukt om de zware metalen eruit te halen. Uiteindelijk kan een dergelijke wet-telijke verandering uitkomst bieden voor de verwerking van pyrolyse-as. De as terugvoeren naar waar het vandaan komt bijvoorbeeld (biomassavergister) of terug naar het bos. Hiervoor is nauwelijks voorbewerking nodig.

Figuur 5: Filtraat en residu. De bovenstaande figuur toont een detail van gedroogd filtraat (links) en residu (rechts). Na indrogen van de fracties blijft een harde substantie over (vandaar de brokken op de foto)