Methaan: van afvalstof naar energiebron

”Hoe kunnen we het methaangas zo geconcentreerd mogelijk terugwinnen?”

Achtergrond van project
In een aantal van onze grondwaterbronnen treffen we opgelost methaan (CH4) aan, in concentraties van 1 tot ruim 40 mg per liter. Methaan is energiebron voor microbiologie en moet daarom uit het water verwijderd worden om bacteriologische problemen in de zuivering en het distributienetwerk te voorkomen. De conventionele techniek om methaan te verwijderen is intensieve beluchting met plaat- of torenbeluchters, waarbij het methaan met behulp van enorme hoeveelheden lucht uit het water geblazen wordt. Dat is zonde, want het kost niet alleen veel energie om het methaan uit het water te blazen, maar ook de energie die potentieel in het methaangas zit gaat hierbij verloren en wordt het methaan, een sterk broeikasgas, uitgeblazen naar de atmosfeer. Bovendien zorgt de introductie van zuurstof dat alle zuiveringsprocessen tegelijkertijd op gang komen, hetgeen leidt tot een suboptimaal en slecht beheersbaar proces.

Onderzoeksvraag
Ontgassingsmembranen zijn een interessante nieuwe techniek en bieden ten opzichte van conventionele beluchtingsprocessen een aantal belangrijke voordelen. Zo is het mogelijk om met een combinatie van vacuüm en sleepgas zoals stikstof of koolstofdioxide het methaan nuttig terug te winnen en te verwijderen, zonder daarbij zuurstof te introduceren. Hoe kunnen we het methaangas zo geconcentreerd mogelijk terugwinnen, hoe beheersbaar is het proces en wat is de ideale systeemopbouw? Dat zijn de onderzoeksvragen die we met dit onderzoek willen beantwoorden.

Projectdoelen
Het ontwerpen van een duurzaam en circulair alternatief voor intensieve beluchting.
Het ontwikkelen en op demonstratie-schaal uittesten van een membraanontgassingsinstallatie voor methaanverwijdering en -terugwinning.
Het behalen van een hoog verwijderingsrendement (>99%) van CH4, zonder daarbij zuurstof te introduceren.

Projectaanpak
Om het proces membraanontgassing in de praktijk te testen is een demonstratieschaal proefopstelling met twee in serie geschakelde ontgassingsmembranen ontwikkeld. De installatie is in staat om tot wel 100 m3 water per uur te zuiveren. In de eerste fase van het project is de installatie aangesloten op het methaanhoudend permeaat van de Omgekeerde Osmose installatie van productiebedrijf Noordbergum. In Noordbergum is het geluk om ruim 90% van het methaangas uit het water nuttig terug te winnen, en >99% van het methaan te verwijderen, zónder daarbij zuurstof te introduceren!
In het najaar van 2019 zal de installatie aangesloten worden op het ruwwater van productiebedrijf Spannenburg, waar onder andere getest zal worden hoe gevoelig het systeem is voor vervuiling.

Samenwerking met externe partners
De membraan-ontgassingspilot is ontwikkeld in samenwerking met Logisticon Water Treatment B.V. en maakt gebruik van ontgassingsmembranen van LiquiCel/3M.

Methaanverwijdering met membraanontgassing en energieproductie

Achtergrond van project
In een groot aantal van onze natuurlijke bronnen komt methaangas voor. Het uitblazen van dit methaangas is een proces dat niet alleen energie- en onderhoudsintensief is, maar ook een forse bijdrage aan onze CO2-footprint levert. Daarom doet Vitens actief onderzoek naar het afvangen en nuttig inzetten van dit methaangas. Op onze grootste productielocatie, Spannenburg, verwijderen we bijvoorbeeld al methaan met behulp van vacuümontgassers en gebruiken we het geproduceerde gas om elektriciteit mee op te wekken. Genoeg voor ruim 40% van de energiebehoefte van die locatie! Een potentiële verbeterslag op het gebied van efficiëntie en ruimtegebruik is het toepassen van membraanontgassing.

Onderzoeksvraag
Hoe kunnen we zo efficiënt mogelijk methaangas uit ons grondwater verwijderen, en daarbij een zo rijk mogelijk gasmengsel creëren? En hoe kunnen we dit gas vervolgens effectief omzetten in energie? Hoe schaalbaar is dit concept, is het ook nog toepasbaar bij lage methaanconcentraties en kleine productiebedrijven?

Projectdoelen

  • Behalen van een hoog methaan verwijderingsrendement en een nuttig inzetbaar gasmengsel
  • Ontwikkelen van een methode om volledig anaeroob methaan uit grondwater te verwijderen
  • Verkennen van innovatieve toepassingen om het gasmengsel zo efficiënt om te zetten in energie
  • Opzetten van een businesscase om onze bestaande intensieve beluchtingsprocessen te vervangen door membraanontgassingsinstallaties.

    Projectaanpak
    In de 1e helft van 2018 wordt gestart aan de ontwerp en bouw van een proefinstallatie membraanontgassing, in de 2e helft van 2018 zullen de eerste experimenten uitgevoerd worden. Eerst op permeaat van een bestaande RO-installatie, vervolgens rechtstreeks op anaeroob methaangas houdend grondwater.

    Samenwerking met externe partners
    Wij zijn op zoek naar externe partners, zoals bedrijven en universiteiten, die samen met ons willen nadenken over het nuttig toepassen van de door ons gegenereerde gasstromen. Bijvoorbeeld energieopwekking met een gasgenerator, microturbine of brandstofcel, opwaarderen tot aardgas, verwarming, etc.

    Contact opnemen?

    Thema-ambassadeur Abel Heinsbroek is bereikbaar via Abel.Heinsbroek@vitens.nl

    Slimm Model Based Control 

    Achtergrond van project
    Ontharding met pelletreactoren is een van de meest dynamische processen in de Vitens drinkwaterzuivering. Voor een stabiele werking van het onthardingsproces is een optimale sturing van de loogdosering en het pelletbed beheer cruciaal.

    Onderzoeksvraag
    Is model based control toepasbaar op Vitens pellet reactoren? Wat zijn de mogelijkheden van model based control in combinatie met reeds ontwikkelde soft sensoren en wat zijn de voordelen? Wat zijn de gevolgen voor de PA (PALLAS, VIPAS) bij de toepassing van model based control en waar moet deze aan voldoen?

    Projectdoelen

    • Ontwerp en bouw van een volautomatische mobiele pellet reactor pilot (inclusief PA-besturing vlgs. Vitens standaard);
    • Stabiele bedrijfsvoering en stabiele geproduceerde waterkwaliteit van de pilot door optimale sturing bij toepassing model based control;
    • Verminderd verbruik van chemicaliën (loog dosering en CO2 dosering);
    • Vaststellen effect bypass en recirculatie;
    • Kennisontwikkeling en ervaring mbt toepassing model based control;
    • Eisen en randvoorwaarden PA-aanpassingen bij toepassing model based control;
    • Business case toepassing model based control opstellen.

    Projectaanpak
    De 1e helft van 2018 zal het ontwerp van de pilot (incl. PA) plaatsvinden. Tevens zal in dit stadium een onderzoeksplan worden opgesteld voor de uit te voeren experimenten en eventuele nog te ontwikkelen soft sensoren. Aanbesteding en bouw van de installatie en oplevering vindt plaats in de 2e helft 2018 onder leiding van O&A.

    Welk bedrijf wil participeren in het ontwerp en de bouw van deze pilot? Wij horen graag van je!

    Contact opnemen?

    Thema-ambassadeur Abel Heinsbroek is bereikbaar via Abel.Heinsbroek@vitens.nl

    Brak Water 100% nuttig inzetbaar

    Achtergrond van project
    Nieuwe locaties voor het winnen van schoon zoet grondwater zijn niet onbeperkt beschikbaar. Brak grondwater, dat nog vrij is van antropogene invloeden, kan mogelijk uitkomst bieden. Randvoorwaarde bij deze toepassing is dat de oplossing locatieonafhankelijk ingezet kan worden, dus zonder lozing van reststromen.

    Onderzoeksvraag
    Welke proceslijn kan uit brak grondwater drinkwater produceren, zodat alleen afzetbare restproducten vrijkomen? Hierbij mogen technieken geselecteerd worden die zich op pilotschaal bewezen hebben (> 1 m3/h).

    Projectdoelen

    • Kwaliteit geproduceerde drinkwater voldoet aan het Drinkwaterbesluit 2011, totale hardheid mag < 1 mmol/l zijn;
    • Restromen/-stoffen moeten nuttig afzetbaar zijn, bij voorkeur zo hoogwaardig mogelijk;
    • Afwegingscriteria tussen de proceslijnen zijn efficiency, duurzaamheid, TRL (technology readyness level) en kosten;
    • Eind 2018 wil Vitens het proefprogramma voor een pilotstudie opstellen, waarbij verschillende proceslijnen werkelijk met elkaar vergeleken worden;
    • Uiteindelijke capaciteit van de drinkwaterstroom zal circa 250 m3/h zijn.

    Projectaanpak
    Tijdens de inventarisatiefase (tot mei 2018) wordt aan partners gevraagd om ideeën voor complete proceslijnen in te dienen;

    Samenwerking met externe partners
    Wij worden graag benaderd door externe partners, bijvoorbeeld onderzoeksinstanties, universiteiten,
    de industrie & installatiebouwers.

    Contact opnemen?

    Thema-ambassadeur Abel Heinsbroek is bereikbaar via Abel.Heinsbroek@vitens.nl