Hvorfor er genvinding og nyttiggørelse af næringsstoffer nødvendigt?

Mangel på ressourcer, forhøjede energiomkostninger og den voksende miljøbevidsthed har i de senere år øget fokus på cirkulær økonomi. Affald betragtes nu som en potentiel ressource og indtægtskilde.

Formålet med FUBAF er:

  • At udvikle væsentlige dele af den cirkulær økonomi til energiproduktion og udnyttelse af næringsstoffer i KOD og spildevand til produktion af fødevarer
  • At udvikle et koncept for opgradering af et konventionelt renseanlæg til et ressourcegenvindingsanlæg (WRRF, Water Ressource Recovery Facility)
  • At demonstrere konceptet på Avedøre Renseanlæg med en kapacitet på 400.000 PE, som samtidig vil være et udstillingsvindue for dansk miljøteknologi på internationalt plan
  • At demonstrere synergier i samarbejde om ressourceudnyttelse på tværs af vand-, affalds- og energisektoren

Forventede resultater

Når projektet er gennemført ved udgangen af ​​2020, forventes det at:

  • Avedøre renseanlæg er blevet omdannet til et ressourcegenvindingsanlæg (WRRF).
  • Et koncept til opgradering af et konventionelt renseanlæg til et ressourcegenvindingsanlæg (WRRF) er beskrevet.
  • Nye teknologier inkluderet i konceptet er blevet demonstreret i pilotskala.
  • Synergier i samarbejde om ressourceudnyttelse på tværs af vand-, affalds-, landbrugs- og energisektoren er blevet demonstreret.
  • En robust cirkulær økonomi er blevet demonstreret for produktion og anvendelse af biogas, genvinding af næringsstoffer og produktion af enkeltcellede proteiner (CSP) fra KOD til anvendelse i dyrefoder.
  • Omdannelsen til et ressourcegenvindingsanlæg (WRRF) er dokumenteret i forhold til livscykluspåvirkninger (LCA) og omkostninger.

Projektet indeholder tre tekniske arbejdspakker WP1-WP3 samt en arbejdspakke der relaterer de tekniske resultater i en cirkulær økonomi kontekst (WP 4). Hertil håndteres projektets administration/projektledelse samt formidling af projektets resultater i den femte arbejdspakke (WP 5). Læs mere om de enkelte pakker nedenfor.

WP1: Anaerob udrådning

WP1 er baseret på erfaringer opnået i WP6 i fyrtårnsprojektet VARGA. Arbejdspakken dækker de første to trin i produktionslinjen: anaerob udrådning og opgradering af biogas ved hjælp af hydrogen. Membraner fra LiqTech anvendes til biologisk opgradering af biogas, hvor hydrogen doseres via LiqTechs keramiske membraner.

Sammensætningen af ​​biogas produceret fra kildesepareret organisk dagrenovation (KOD) vil blive sammenlignet med biogas produceret fra spildevandsslam. Derudover vil kvaliteten af ​​den opgraderede biogas blive sammenlignet med kvaliteten af naturgas.

WP2: Genvinding af næringsstoffer

WP2 omfatter udviklingen af ​​et nyt mikrobielt elektrokemisk system betegnet SMDC (submersible microbial desalination cell). SMDC’er kan let integreres i eksisterende systemer på konventionelle renseanlæg med anaerob udrådning (rådnetanke). SMDC’er integreres med det formål at genvinde ammonium fra ammoniumholdigt rejektvand resulterende fra f.eks. afvanding af det anaerobt udrådnede spildevandsslam eller alternativt udrådnede KOD biopulp.  Blandt de komponenter, der er afgørende for optimering, spiller elektroder en væsentlig rolle, dels for optimering af genvindingsprocessen men også ift. processen omkostninger. Derfor testes forskellige elektroder (f.eks. aktiv kul, grafen, carbonpapir / filt / fiberbørste). Avancerede elektrode modifikationsteknologier (fx ammoniakgasproces, varmebehandling og nanofabrikation med ledende metaller) vil også blive testet med det formål  at optimere elektronstrømmen, hvilket er essentielt for ammoniumgenvindingen.

DTUs erfaring med nanofabrikation af elektroder vil bidrage til en effektiv ammoniumgenvinding ved SMDC teknologien. Desuden er forholdet mellem elektrode og reaktorvolumen en vigtig parameter for systemoptimering og opskalering. Således vil forskellige forhold mellem elektrode og reaktorvolumen blive testes  og sammenlignet med effektiviteten af ammoniumgenvindingen. Endelig opskalering af SMDC reaktoren til pilotskala demonstreres og udføres ligeledes i WP2.

WP3: Produktion af encellede proteiner (SCP, Single cell proteins)

I WP3 vil den producerede og opgraderede biogas fra WP1 såvel som næringsstoffer i form af ammonium genvundet ved SMDC processen i WP2 blive omdannet til encellede proteiner (SCP) via U-Loop processen. LiqTech leverer keramiske membraner til fermenteringsprocessen. Ved DTU Miljø gennemføres en indledende screening baseret på proteinindhold og aminosyreprofilen for at identificere de bedst egnede stammer af metanoxiderende bakterier (MOB). Næringsstoffer i form af ammonium fra WP2 vil blive tilsat en gæringstank indeholdende en MOB-kultur. Driftsbetingelser vil blive optimeret for at optimere produktionen af SCP og samtidig minimere omkostningerne. Biomasse densitet, makromolekylær sammensætning, renhed af SCP og sporforurenende stoffer vil registreres og overvåges.

Parallelt vil UniBio også producere encellede proteiner fra den opgraderede biogas ved hjælp af deres pilotanlæg. Kvaliteten af ​​det producerede protein vil blive analyseret og sammenlignet med kravene fra downstream-brugere til produktion af dyrefoder.

WP4: Cirkulær økonomi

I WP4 vil det samlede koncept for et ressourcegenvindingsanlæg blive evalueret i en cirkulær økonomi kontekst. Bæredygtigheden og muligheden for at producere et produkt med høj værdi i form af SCP fra KOD vil blive vurderet ved hjælp af LCA og eco-efficiency. WP4 bidrager dels med at identificere de trin i produktionsprocessen der har det største miljømæssige aftryk, og angiver derved hvor i produktionsprocessen der skal sættes ind for at reducere det miljømæssige aftryk. Hertil bidrager WP4 til at vurdere, om den foreslåede produktionsmetode kan konkurrere med eksisterende og nye alternative produkter ud fra et miljømæssigt perspektiv. Synergier med VARGA-projektet kan dels opnås, da LCA også udføres i VARGA-projektet.