DEMONSTRATIE CLEAN ENCLOSED BURNER

VOOR ARM STORTGAS Dit project werd medegefinancierd door het Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Orde-ning en Milieubeheer in het kader van het programma Reductie Overige Broeikasgassen 2002. Novem beheert dit programma. AFVALZORG DEPONIE BV Haarlem, juli 2004

Pagina 2 van 29

COLOFON

Novem projectnummer: 0377-02-01-01-009

Novem

Postbus 8242

3505 RE UTRECHT

Telefoon: 030 239 3493

Contactpersoon: Drs. E.M.F. Schoenmaekers

NOVEM does not guarantee correctness and/or completeness of data, designs, constructions, products or production methods appearing or described in this report, nor for the suitability for any special purpose.

Het demonstratieproject is uitgevoerd door: Afvalzorg Deponie BV Postbus 6343 2001 HH Haarlem Nederland Telefoon 023 5534 534 Auteurs: Joeri Jacobs (j.jacobs@afvalzorg.nl) Heijo Scharff (h.scharff@afvalzorg.nl)

Pagina 3 van 29

INHOUDSOPGAVE 1 SAMENVATTING .................................................................................................................. 5 2 INLEIDING ............................................................................................................................ 7

2.1 Verbrandingstechnologie............................................................................................. 7 3 MATERIAAL EN METHODE.................................................................................................. 9

3.1 Fakkelinstallatie .......................................................................................................... 9 3.2 Besturing fakkelinstallatie .......................................................................................... 11 3.3 Rookgasemissiemetingen.......................................................................................... 12

3.3.1 Meetsystemen voor rookgasemissiemetingen ........................................................... 12 3.4 Emissiemetingen taluds ............................................................................................. 13

4 RESULTATEN..................................................................................................................... 15 4.1 Fase 2...................................................................................................................... 15

4.1.1 Rookgasemissie....................................................................................................... 16 4.2 Fase 3 eerste poging................................................................................................. 18 4.3 Fase 4...................................................................................................................... 19

4.3.1 Van corrosie tot spoelfunctie..................................................................................... 20 4.4 Fase 3 tweede poging ............................................................................................... 20

4.4.1 Emissiemetingen taluds ............................................................................................ 22 4.5 Milieurendement en kosteneffectiviteit ........................................................................ 24

4.5.1 Milieurendement ...................................................................................................... 24 4.5.2 Kosteneffectiviteit ..................................................................................................... 25

5 CONCLUSIES ..................................................................................................................... 27 Figuur 1: Overzicht stortlocatie Braambergen (2000) en haar compartimenten. ............................... 9 Figuur 2: Schematisch overzicht fakkelinstallatie. ......................................................................... 10 Figuur 3: De nieuwe fakkelinstallatie naast een conventionele fakkelinstallatie. ............................. 11 Figuur 4: Lansen van het Smell Well Systeem geïnstalleerd op compartiment 6 t/m 10. ................. 14 Figuur 5: Aanleg taluddrainageleidingen op compartiment 6 t/m 10. .............................................. 14 Figuur 6: Ontwikkeling methaanconcentratie in stortgas en betrouwbaarheid van de

fakkelinstallatie gedurende fase 2. ................................................................................... 15 Figuur 7: Methaanconcentratie in taludgas in fase 3. .................................................................... 18 Figuur 8: Ontwikkeling methaanconcentratie in zowel stort- als taludgas en de betrouwbaarheid

van de fakkelinstallatie gedurende fase 4. ........................................................................ 19 Figuur 9: Schematisch overzicht van de spoelfunctie op de CEB. ................................................. 20 Figuur 10: Ontwikkeling methaanconcentratie in zowel stort - als taludgas en de betrouwbaarheid

van de fakkelinstallatie gedurende fase 3. ........................................................................ 21 Figuur 11: Ontwikkeling methaanconcentratie taludgas gedurende fase 3. .................................... 22 Tabel 1: Overzicht metingen ten behoeve van de rookgasemissiemetingen op zowel de CEB- als

de conventionele fakkelinstallatie. .................................................................................... 12 Tabel 2: Overzicht meetresultaten monster stortgas aan de aanvoerzijde van beide installaties

(CEB en conventionele fakkel). ........................................................................................ 16 Tabel 3: Vrachtberekeningen van de verschillende componenten in stortgas aan de inlaatzijde

van de CEB en de conventionele fakkel. .......................................................................... 17 Tabel 4: Vrachtberekeningen van de verschillende componenten in de rookgassen van de CEB

en de conventionele fakkelinstallatie. ............................................................................... 17 Tabel 5: Methaanemissie op basis van boxmethode ten tijde van Smell Well Systeem (2001) en

het CEB demonstratieproject (2004). ............................................................................... 23 Tabel 6: Potentiële methaanemissie voor compartiment 6 t/m 10. ................................................. 23 Tabel 7: Overzicht milieuprestatie en kosteneffectiviteit per systeem............................................. 26

Pagina 4 van 29

Pagina 5 van 29

1 SAMENVATTING

Recentelijk is de Clean Enclosed Burner (CEB) op de markt gekomen die mogelijk een kosteneffectieve methode biedt om laag calorisch stortgas (CH4 concentratie <30%) te verwerken. Berekeningen hebben aangetoond dat stortgas met slechts 15% methaan door de CEB kan worden verwerkt. De CEB heeft twee gescheiden blowers die respectievelijk voor de aanvoer van verbrandingslucht en stortgas zorgen. Bijkomend voordeel van de CEB is, dat het voor het verbrandingsproces niet uitmaakt welke blower stortgas aanvoert. Het is theoretisch mogelijk via de luchtblower een gasstroom met een lage methaanconcentratie (0%<CH4<5%) aan te bieden en in combinatie met stortgas door de CEB te laten verwerken. Het demonstratieproject is op 12 december 2002 gestart op stortplaats Braambergen te Almere. Om de mogelijkheden van de CEB te verkennen is het demonstratieproject in vier fasen ingedeeld. De eerste fase behelst het aanleggen van taluddrainage, het plaatsen van de CEB en het in werking stellen van het systeem. De tweede fase verkent de minimale methaanconcentratie (CH4<30%) in het stortgas waarop de CEB nog betrouwbaar functioneert. In de derde fase wordt het onttrokken taludgas met een maximale methaanconcentratie van 1% gebruikt als verbrandingslucht voor de verwerking van stortgas. In de laatste fase wordt taludgas met een methaanconcentratie tussen 2 - 5% gebruikt als verbrandingslucht voor de verbranding van stortgas. Gedurende het demonstratieproject zijn rookgasemissiemetingen op zowel de CEB als een conventionele fakkelinstallatie uitgevoerd om de verschillen inzichtelijk te maken. Om de reductie van de methaanemissie uit het talud van enkele compartimenten aan te tonen zijn emissiemetingen verricht met de snelle boxmethode. De metingen zijn vergeleken met boxmetingen uit 2002, ten tijde dat het Smell Well Systeem (SWS) nog actief was (ROB 375004/0010), om vast te stellen of de actieve onttrekking van het talud leidt tot een vergelijkbare reductie van de methaanemissie. Het blijkt met de CEB mogelijk stortgas te verwerken met methaanconcentraties <30%. Gedurende de tweede fase is stortgas verwerkt dat slechts 15% methaan bevatte. Om stortgas met deze lage concentraties methaan te kunnen verwerken hebben veelvuldige aanpassingen aan de besturing van de brander plaatsgevonden. De derde fase verloopt in eerste instantie moeizaam. Na omschakeling van omgevingslucht naar taludgas als verbrandingslucht blijkt dit taludgas geen methaan te bevatten. Er is voor gekozen eerst fase 4 te doorlopen en fase 3 later plaats te laten vinden. Bij de verwerking van taludgas blijkt de CEB in eerste instantie besturingstechnische storingen te vertonen. Het gebruik van taludgas (CH4 concentratie varieert tussen 2 - 5%) als verbrandingslucht heeft een negatieve invloed op de werking van de CEB. Door de toepassing van een PID regeling blijkt de CEB goed in staat taludgas met een gemiddelde methaanconcentratie van 3,1% en maximaal 4,1% te verwerken. In juni 2003 valt de CEB zonder aantoonbare reden in storing. De blower, die taludgas onttrekt, blijkt vast te zitten. De impellers van de roots blowers zijn ernstig geoxideerd. Dit kan zijn veroorzaakt door de combinatie van vocht, O2 en sporen van H2S in het taludgas. Om corrosie in de toekomst te voorkomen is een spoelfunctie op de CEB aangebracht. Door de spoelfunctie zal in geval van storing de taludgasblower omgevingslucht laten aanzuigen en de blower “luchtgespoeld” wegzetten. Verder kan via de spoelfunctie extra verbrandingslucht worden aangezogen, wat de flexibiliteit van de CEB qua stortgasverwerking vergroot. De configuratie van de CEB is voor fase 3 nogmaals geoptimaliseerd. De verwerking van stortgas in combinatie met taludgas

Pagina 6 van 29

(CH4<1%) verloopt, na aangebrachte aanpassingen, zonder problemen. Besturingstechnische storingen treden niet meer op. In de tweede fase zijn rookgasemissiemetingen op zowel de CEB als een conventionele fakkelinstallatie uitgevoerd. Uit vrachtberekeningen blijkt dat de CEB de CxHy componenten (voor 99,99% bestaand uit CH4) volledig verwijderd. De conventionele fakkelinstallatie toont een methaanslip van 3,5% (25,15 g.m-3

0CH4). Ondanks het feit dat de CEB speciaal is ontwikkeld om de uitstoot van NOx tijdens verbranding te minimaliseren, blijkt het verschil tussen de CEB en de conventionele fakkelinstallatie voor de uitstoot van NOx niet groot. Het verschil in de verwijdering van zwavelhoudende componenten is opmerkelijk te noemen. Het is niet duidelijk welk proces verantwoordelijk is voor de verwijdering van zwavelhoudende componenten. De resultaten van de emissiemetingen op het talud van Braambergen komen vrij goed overeen met de berekende emissie. De methaanflux van 0,15 lCH4.m

-2uur-1 tijdens inzet van de CEB is laag te noemen. Door een beter onttrekkingsrendement en een afname van de gasproductie verschillen de omstandigheden in 2004 ten opzichte van 2002. De emissiemetingen geven aan dat de CEB met taluddrainage voor verdergaande reductie van de uitstoot van methaan ten minste even goed heeft gefunctioneerd als het Smell Well Systeem. De toepassing van taluddrainage blijkt verder effect te hebben op de methaanoxidatie door de deklaag van het stortlichaam. Bij de bacteriële omzetting van organisch koolstof komt stortgas vrij met een typische CH4:CO2 verhouding van 1:0,921. De CH4:CO2 verhouding van het onttrokken taludgas door het Smell Well Systeem is 1:1,3. De verhoging van de CH4:CO2 verhouding betekent dat oxidatie heeft plaatsgevonden in de deklaag, waardoor de methaanemissie naar de atmosfeer afneemt. De verhouding van het taludgas onttrokken door de CEB is 1:1,5. De methaanoxidatiecapaciteit door de deklaag is in 2004 met zekerheid groter dan 10%. De aanzuiging van buitenlucht via de taluddrainage heeft een positieve invloed op de oxidatie van methaan in de deklaag. Het demonstratieproject heeft aangetoond dat de CEB technisch in staat is op nationale schaal een reductie te realiseren ten aanzien van de volgende aspecten: Vermijden methaanslip 0,011 Mton CO2 equivalent per jaar Langer fakkelen tijdens nazorg 0,050 Mton CO2 equivalent per jaar Taludonttrekking in operationele periode 0,120 Mton CO2 equivalent per jaar Onttrekking op voormalige stortplaatsen 2 – 3 Mton CO2 equivalent per jaar Bij vermijden van methaanslip, langer fakkelen tijdens nazorg en onttrekking op voormalige stortplaatsen zou de CEB ingezet kunnen worden als vervanger voor een conventionele installatie. De kosten zijn vergelijkbaar met een conventionele installatie en bedragen € 4 – 5 per ton CO2 equivalent. In het geval van de taludonttrekking is aan de hand van de TEWI richtlijn voor de CEB, katalytische oxidatie en een biofilter de balans opgemaakt. De TEWI berekening toont aan dat met de CEB de laagste kosten gerealiseerd kunnen worden. De kosten bedragen € 14,00 per ton CO2 equivalent. De kosten voor katalytische oxidatie en het biofilter zijn respectievelijk € 23,70 en € 24,00 per ton CO2 equivalent. De investeringskosten voor de taluddrainage en het rendement van de verwerkingsinstallatie blijken een groot effect te hebben op de kosteneffectiviteit van een systeem. Door verdere optimalisatie is wellicht een kostenreductie voor de combinatie taluddrainage en CEB mogelijk. Het is echter niet waarschijnlijk dat de kosten kunnen worden teruggebracht tot minder dan € 10,00 per ton CO2 equivalent.

1 Zetmeel wordt omgezet in methaan en koolstofdioxide volgens: C6O12O6 (zetmeel) --> 3CH4 + 3CO2.

De CH4:CO2 ratio is uit bovenstaande vergelijking 1:1, echter is CO2 goed oplosbaar in water en wordt in de praktijk een

verhouding van 1:0,92 gehanteerd.

Pagina 7 van 29

2 INLEIDING

In het kader van het programma Reductie Luchtemissie Bedrijven 1999 is een haalbaarheidsstudie uitgevoerd naar de mogelijkheden stortgasemissies tijdens de exploitatie te verminderen. De studie is gepubliceerd onder de naam: “Het minimaliseren van methaanemissies op stortplaatsen” door NOVEM, RLB en ERM Nederland BV (RLB 358510/1210). Als vervolg hierop zijn diverse demonstratieprojecten gestart inzake vervroegde stortgasonttrekking, taludonttrekking of een combinatie van beluchting en onttrekking (ROB 375004/0010). Bij deze demonstratieprojecten is een stortgas(mengsel) vrijgekomen met lage gehaltes methaan (<30%). Bij uitvoering van deze projecten is gebleken dat in veel gevallen een dergelijk stortgasmengsel niet in de conventionele fakkelinstallatie, volgens de stand der techniek kan worden verwerkt. De fakkelinstallaties kunnen volgens de leveranciers stort gas met meer dan 30% methaan betrouwbaar verwerken. In de praktijk is gebleken dat de bedrijfszekerheid van dergelijke fakkelinstallaties al bij gasmengsels met minder dan 40% methaan sterk afneemt. Voor de verwerking van gas met lage methaangehaltes zijn op dit moment alleen zeer kostbare technieken (katalytische oxidatie) of technieken met een laag rendement (biofiltratie) beschikbaar. Bij het demonstratieproject waarbij een combinatie van beluchting en onttrekking heeft plaatsgevonden, is gebleken dat bij verwerking van een gasmengsel met ongeveer 5% methaan (CH4) in een biofilter slechts een verwijderingsrendement van 50% procent wordt behaald. Hierdoor wordt de implementatie van verregaande methaanemissiereductie op stortplaatsen verhinderd. Het onderhavige demonstratieproject beoogt aan te tonen dat een Clean Enclosed Burner (CEB) een kosteneffectieve methode biedt voor verwerking van stortgas met lage methaangehaltes.

2.1 Verbrandingstechnologie

In 2003 is een nieuw type brander ontwikkeld. De zogenaamde Clean Enclosed Burner (CEB) is in eerste instantie voor de petrochemische industrie op de markt gekomen. De brander is met name ontwikkeld om de uitstoot van stikstofoxydes (NOx) te reduceren. De CEB is een oppervlakte brander waar in een mengkamer stoichiometrisch voormenging van brandstof en lucht plaatsvindt alvorens naar de oppervlaktebrander te worden getransporteerd. De ontwikkeling van dit type brander kan de oplossing betekenen voor de verwerking van laag calorisch stortgas. Vanwege de stoichiometrische voormenging van lucht is de verbrandingssnelheid hoger, met als direct gevolg dat de tijd waarin de vlam wordt blootgesteld aan stikstof uit omgevingslucht klein is en daarmee de NOx uitstoot eveneens klein is. Een bijkomend voordeel van een voorgemengd gasmengsel is dat de verbrandingscondities beter zijn in vergelijking met een conventionele “nozzle” brander en daardoor in staat is stortgas met een lage methaanconcentratie (<30%) betrouwbaar te verwerken. De Universiteit van Eindhoven heeft calculaties uitgevoerd om te verkennen wat de theoretisch minimale methaanconcentratie in een gasstroom moet zijn, waarbij de CEB deze gasstroom nog kan verwerken. Bij een gestelde temperatuur tussen 1.100 – 1.200 °C blijkt de minimale methaanconcentratie in het gasmengsel 15% te bedragen. De inerte delen lucht die door de brander worden aangevoerd als verbrandingslucht, hebben een verkoelend effect op de vlamtemperatuur. Om één deel methaangas te verbranden zijn stoichiometrisch gezien tien delen lucht nodig. Indien meer dan tien delen lucht wordt aangeboden dan voor de verbranding van methaan nodig is zal deze niet gebruikte hoeveelheid lucht zich inert gedragen. Dit fenomeen heeft gevolgen voor de rookgasemissies, welke kwalitatief verslechteren, hetgeen ook geldt voor de betrouwbaarheid van de brander bij gasmengsels met slechts 15% methaan. Een groot voordeel van dit type brander is dat het de CEB niet uitmaakt via welke weg methaan wordt aangevoerd. Het kan zowel via stortgas- als verbrandingsluchtzijde. Het is theoretisch

Pagina 8 van 29

mogelijk om de brander een gasmengsel toe te dienen met een geringe concentratie aan methaan (0 – 5%) en een hoge concentratie aan zuurstof (10 – 15%) en dit mengsel als verbrandingslucht te gebruiken. Er is echter een beperking bij het verwerkingsproces van laag calorisch stortgas met de CEB voorzien. De brander wordt gestuurd op temperatuur, waarbij meer of minder inerte delen verbrandingslucht worden toegevoerd voor het vlamkoelende effect. In het bovenstaande proces gedraagt de verbrandingslucht zich niet meer inert daar het gasmengsel een lage concentratie methaan bevat. Gezien de methaan – lucht ratio van 1:10 wordt een tienvoudige hoeveelheid via de verbrandingsluchtzijde aangevoerd. Op deze manier kan theoretisch een gelijke hoeveelheid methaan via zowel de stortgas- als de verbrandingsluchtzijde aan de CEB worden toegevoerd en het verbrandingsproces, door een tekort aan zuurstof zodoende onmogelijk maken.

Pagina 9 van 29

3 MATERIAAL EN METHODE

Het demonstratieproject is uitgevoerd op stortplaats Braambergen te Almere en is op 12 december 2002 gestart. Een overzicht van Braambergen is gegeven in Figuur 1. De locatie is opgedeeld in 9 compartimenten waarin stortgasonttrekking is aangelegd. Uit compartiment 6 t/m 10 zal voor het demonstratieproject taludgas worden onttrokken. Het demonstratieproject is in 4 fases verdeeld om de verwerking van laag calorisch stortgas via dit type fakkel aan te tonen. De 4 fases zijn: 1. Voorbereiding: aanschaf, plaatsing en aansluiting van de CEB installatie. 2. Demonstratie: verbranden van stortgas (<30% methaan) met omgevingslucht;

Meten: uitvoeren gaskwaliteits- en veld emissiemetingen. 3. Voorbereiding: aanleg van taluddrainage en gescheiden gastransportleiding;

Demonstratie: verbranden van stortgas met taludgas (<1% methaan). 4. Demonstratie: verbranden van stortgas met taludgas (2 – 5% methaan).

Figuur 1: Overzicht stortlocatie Braambergen (2000) en haar compartimenten.

3.1 Fakkelinstallatie

De geïnstalleerde fakkelinstallatie (Figuur 2) voor dit demonstratieproject heeft een maximale capaciteit van 125 m3

0 STORTGAS.uur-1 en vraagt onder ideale verbrandingsomstandigheden een maximaal debiet 800 m3

0.uur-1 omgevingslucht. De installatie is voorzien van twee blowers. Eén Roots rotary lobe blower type URAI 33 voor stortgasonttrekking en een Roots rotary lobe blower type URAI 59 voor de onttrekking van omgevingslucht of laag calorisch taludgas.

11

12

3 t/m 5 6 t/m 10

Pagina 10 van 29

Figuur 2: Schematisch overzicht fakkelinstallatie.

Om debieten van beide gasstromen te registreren is een tweetal Instromet debietmeters geplaatst van het type Q 75-1000-150-10-L/crc. Het stortgas en de verbrandingslucht of taludgas (stoichiometrisch gemengd) wordt via de venturi naar het verbrandingsoppervlak geleid. De venturi is zo ontworpen dat methaan – lucht ratio’s variërend van 1:10 tot 1:19 behaald kunnen worden. In de zogenaamde diffuser, geschakeld direct na de venturi wordt de snelheid waarmee het gasmengsel wordt aangevoerd vertraagd. Hierdoor neemt de druk onder het verbrandingsoppervlak toe en wordt een statische druklaag gevormd. Het gasmengsel stroomt onder de heersende druk door een permeabel medium van metalen fibers (NIT). Net boven de NIT ontsteekt een waakvlam het gasmengsel van stortgas en verbrandingslucht of taludgas. De verbranding van het gasmengsel vindt vlak boven het permeabele medium plaats. In tegenstelling tot conventionele fakkels brandt de vlam blauw, waardoor de grootste afgifte van warmte via convectie bij dit type fakkel plaatsvindt. De vlam heeft een zeer geringe vlamhoogte van 5 tot 10 cm. De vlam is geschut en de vrijgekomen warmte wordt naar boven getransporteerd door de geïsoleerde wand van de fakkelinstallatie. Om na te gaan hoeveel methaan en zuurstof aan de brander wordt geleverd zijn verschillende typen analysers geïnstalleerd. Methaan wordt met behulp van een Monicon (NDIR) infrarood analyser en zuurstof met Monicon die m.b.v. paramagnetisch principe zuurstofconcentratie meet. Om een explosief gasmengsel waar te nemen is aan de luchtzijde van de installatie een Monicon LEL (Lage Explosie Limiet) meter geplaatst, welke de installatie uitschakelt indien 25% van de LEL wordt geregistreerd (100% LEL is een explosief mengsel).

Pagina 11 van 29

Figuur 3: De nieuwe fakkelinstallatie naast een conventionele fakkelinstallatie.

3.2 Besturing fakkelinstallatie

In fase 3 en 4 wordt methaan zowel via de stortgas - als de verbrandingslucht - of taludgasblower aangevoerd. Voordat met het demonstratieproject werd gestart zijn in het project knelpunten aangegeven waar onder bepaalde theoretische condities het voor de nieuwe fakkelinstallatie onmogelijk is te functioneren. Met name in fase 4 werden de meeste besturingsproblemen verwacht. Onderstaand voorbeeld verduidelijkt waarom besturingsproblemen werden verwacht. De methaan – (verbrandings)lucht ratio voor dit type brander is 1:10. Wanneer aangenomen wordt dat 100 m3

0.uur-1 stortgas met 30% methaan aan de fakkel wordt aangeboden, komt dit overeen met 30 m3

0.uur-1 methaan. Hieruit volgt dat 300 m30.uur-1 aan taludgas met 20%

zuurstof dient te worden toegevoegd om onder optimale omstandigheden tot stoichiometrische verbranding te komen. Als verder aangenomen wordt dat slechts 1% methaan in het onttrokken taludgas aanwezig is, wordt via de “luchtzijde” nog 3 m3

0.uur-1 extra aan methaan toegevoegd. Mocht de temperatuur van de CEB oplopen, dan wordt meer taludgas toegevoegd. Door meer taludgas toe te voegen aan het mengsel zal ook meer methaan worden toegevoerd, met als consequentie dat de vlamtemperatuur verder oploopt. In het bovengestelde voorbeeld mag 3 m3

0.uur-1 als niet kritisch worden beschouwd, echter in fase 4 kan de hoeveelheid methaan geleverd door de blower aan de taludgaszijde wel kritisch worden. In dit voorbeeld wordt opnieuw 100 m3

0.uur-1 stortgas met 30% methaan aan de CEB gevoerd, waardoor 30m3

0.uur-1 methaan dient te worden verbrand. Meerdere projecten hebben aangetoond dat de vervroegde onttrekking van stortgas resulteert in een laag calorisch gasmengsel met een methaangehalte rond 5%. Het is niet onrealistisch te veronderstellen dat bij de onttrekking van taludgas soortgelijke methaanconcentraties zullen worden gevonden. Bij het maximale debiet van 800 m3

0.uur-1 kan in theorie meer methaan, namelijk 40 m30.uur-1 via de

luchtzijde van de installatie worden toegevoerd. In totaal wordt in dat geval 70 m30 methaan.uur-1

aangeboden aan de CEB. Het taludgas bevat naar verwachting minder zuurstof dan buitenlucht.

Pagina 12 van 29

Het is de vraag of het maximale verbrandingsluchtdebiet van 800 m30.uur-1 toereikend is. Het is

ook de vraag of in deze situatie de standaard besturing een stabiele regeling realiseert. Verwacht wordt dat voor de vierde fase een aanpassing op de standaard besturing zal moeten plaatsvinden. Gedurende fase 2 en 3 is de besturing zo ingesteld dat een vastgesteld debiet stortgas wordt geleverd aan de installatie waarbij afhankelijk van de temperatuur de lucht blower voor meer of minder verbrandingslucht of taludgas zorgt door op- of af te toeren. In de vierde fase krijgt de besturing mogelijk een andere configuratie. De regeling zal worden omgedraaid waardoor een vast debiet wordt ingesteld voor de onttrekking van de taluddrainage, waarbij afhankelijk van de vlamtemperatuur de stortgasblower op- of aftoert.

3.3 Rookgasemissiemetingen

Tijdens het demonstratieproject zijn rookgasemissiemetingen op de CEB uitgevoerd. Om de rookgasemissie te kunnen vergelijken met de huidige stand der techniek is gelijktijdig een rookgasemissiemeting op een conventionele fakkelinstallatie op locatie uitgevoerd. Om tot een sluitende massabalans voor elk component te komen zijn voorafgaand aan de rookgasemissiemetingen monsters van het stortgas genomen. Het stortgas is bemonsterd door een deelstroom van het stortgas in een vacuüm gasbombe te pompen. De gasbombes zijn vervolgens geanalyseerd in het laboratorium van Gastec NV. De bombes zijn geanalyseerd op hoofdcomponenten (O2, CO2, CH4, N2), zwavelverbindingen, chloor- en fluorverbindingen en aromaten. Tijdens de uitvoering van de rookgasmetingen zijn op de componenten weergegeven in Tabel 1 analyses on site uitgevoerd.

Tabel 1: Overzicht metingen ten behoeve van de rookgasemissiemetingen op zowel de CEB- als de conventionele fakkelinstallatie.

Emissiepunt Componenten Bemonstering Meting/ analyse CEB CO, CO2

NO, NO2 SO2 CxH y O2

BTEXN

continu fysisch Aktief kool

Infrarood Chemoluminescentie UV absorptie FID Paramagnetisch drukverschil GC-FID

Conventionele fakkelinstallatie CO, CO2 NO, NO2 SO2 CxH y

O2

BTEXN

continu fysisch Aktief kool

Infrarood Chemoluminescentie UV absorptie FID Paramagnetisch drukverschil GC-FID

3.3.1 Meetsystemen voor rookgasemissiemetingen

Voor emissiemetingen op de genoemde componenten (Tabel 1) is een meetsysteem gebruikt bestaande uit een vijftal gasanalysatoren welke parallel aan elkaar zijn opgesteld. CO- en CO2 concentraties zijn bepaald met twee infrarood gasanalysatoren, fabrikaat Siemens, type Ultramat 5E -2R, onnauwkeurigheid minder dan 0.5% van de gebruikte volle schaal (respectievelijk 0-2000 vppm CO en 0-20 vol. % CO2). De monitoren zijn gekalibreerd met gecertificeerde ijkgassen van respectievelijk 1617 ± 8 ppm CO en 16.30 ± 0.08 vol. % CO2. De analyse van CO en CO2 geschiedt conform VDI 2459 (NDIR). Om O2 concentraties te bepalen is gebruik gemaakt van een O2-monitor, werkend volgens het paramagnetisch-

Pagina 13 van 29

verschildrukprincipe, fabrikaat Siemens, type Oxymat 5E, onnauwkeurigheid ± 0.5% van het kleinste meetbereik (0-1% O2). De monitor is gekalibreerd met een gecertificeerd ijkgas van 20.00 ± 0.21 vol.% O2. De analyse van O2 geschiedt conform CAN/CSA-Z 223. Een Chemoluminescentiemonitor is gebruikt voor de bepaling van stikstofoxiden (NO + NO2 = NOx), fabrikaat Ecophysics, type CLD 700 EL, onnauwkeurigheid minder dan 1% van de gebruikte volle schaal (0-100 vppm). De monitor is gekalibreerd met een gecertificeerd ijkgas van 81.4 vppm NOx, en 61.3 vppm NO (± 3 %). De analyse van NOx geschiedt conform NEN/ISO 10849. Voor de bepaling van SO2 is een ultraviolet -absorptiemonitor, fabrikaat Hartmann&Braun, type Radas 1G, gebruikt. De onnauwkeurigheid van de monitor bedraagt 1% van de gebruikte volle schaal (0-500 vppm). De monitor is gekalibreerd met een gecertificeerd ijkgas van 392.9 vppm SO2. Als laatste is CxHy concentratie bepaald met behulp van een CxHy -monitor, fabrikaat Analysis Automation Ltd., type 532. Deze monitor detecteert koolwaterstoffen via het principe van vlamionisatie. De onnauwkeurigheid van de monitor is 1% van de gebruikte volle schaal. De kalibratie is uitgevoerd met ijkgas van 79.5 ppm C3H8. De analyse van totaal koolwaterstoffen geschiedt conform VDI 3481. Voor en na elke meetperiode is voor elke analyser een tweepuntskalibratie uitgevoerd met stikstof (nulgas) en de bovengenoemde kalibratiegassen. Voor de monstername van BTEXN is gebruik gemaakt van glazen adsorptiebuizen met daarin actief kool als adsorptie medium. Met behulp van een constante flow-pomp is aanzuiglucht door de adsorptiebuis geleid. De monsternamepomp is voorafgaand en naderhand aan de metingen gekalibreerd en gecontroleerd. Aan de hand van het doorgehaalde monstervolume en de op de adsorptiebuis vastgelegde hoeveelheid component, is de emissieconcentratie berekend. De analyses van de adsorptiebuizen zijn uitgevoerd door het laboratorium van Ascor Advies & Onderzoek met behulp van GC-FID. De bemonsteringen zijn uitgevoerd conform NEN-EN 13649:2001.

3.4 Emissiemetingen taluds

In 2001 zijn in het kader van het Smell Well project (ROB 375004/0010) emissiemetingen uitgevoerd met behulp van de boxmethode. Gedurende fase 4 zijn op het talud van compartiment 6 t/m 10 emissiemetingen uitgevoerd m.b.v. de boxmethode. De meetmethode maakt gebruik van een box met een afmeting van 0.7*0.8*0.5 m, hetgeen overeenkomt met een inhoud van 0,28 m3. Vanuit deze box wordt continu lucht gemonsterd door een leiding van 60 m lang. De concentratie van CH4 en N2O in deze monstername lucht wordt continu (2-10 metingen per seconde) gemeten met een mobiel Tuneable Diode Laser (TDL) systeem. Dit systeem kan de concentraties van deze twee gassen meten met een resolutie van enkele ppb's. Na meting wordt de lucht weer retour gepompt naar de box. Zodra de box, die aan de onderkant open is, op een plek op het talud wordt geplaatst begint de concentratie in de box toe te nemen. De TDL registreert de toename van de concentratie binnen enkele seconden. Op het talud wordt de box gemiddeld 20 seconden op een locatie neergezet, waarbij x,y coördinaten worden geregistreerd. Vervolgens wordt de box verplaatst en de procedure herhaald. Op deze manier kan een groot aantal metingen op een dag worden verricht, waardoor een beeld wordt verkregen van de ruimtelijke variabiliteit van de emissie naar de lucht. Omdat de meting maar kort duurt, treedt er nauwelijks verstoring van het emitterende systeem door drukverhoging op. Bij het Smell Well Systeem werd gebruik gemaakt van een groot aantal lansen welke in het talud van het stortlichaam werden aangebracht. In de lansen werd intermitterend lucht ingeblazen en in een naastgelegen lans onttrokken (zie Figuur 4). Voor aanvang van het demonstratieproject zijn lansen in het talud verwijderd en vervangen door HDPE gasdrainage. Op het horizontale vlak van het stortlichaam zijn twee ringleidingen geplaatst. In deze ringleiding is een aantal T-stukken geplaatst, waaraan gasleidingen zijn aangelegd, welke vanaf het horizontale vlak langs het talud omlaag lopen (Figuur 5). In totaal is 1 ha van het talud van compartiment 6 t/m 10 voorzien van drainage.

Pagina 14 van 29

Figuur 4: Lansen van het Smell Well Systeem geïnstalleerd op compartiment 6 t/m 10.

Figuur 5: Aanleg taluddrainageleidingen op compartiment 6 t/m 10.

Door de emissie uit het talud ten tijde van fase 4 van het demonstratieproject te meten en te vergelijken met de meetgegevens van het Smell Well Systeem, kan het milieurendement en de kosteneffectiviteit van de CEB worden bepaald en met een Smell Well Systeem of katalytische oxidatie worden vergeleken.

Pagina 15 van 29

4 RESULTATEN

4.1 Fase 2

Na de installatie van de fakkel is op 12 december 2002 fase 2 van het demonstratieproject van start gegaan. Gedurende de opstartfase blijken winterse weersomstandigheden het betrouwbaar functioneren van de installatie te bemoeilijken. De installatie is buiten opgesteld, zonder enige vorm van conditionering m.u.v. de besturing, waardoor het condensaat in de aanzuigleiding van de methaananalyser bevroor. De CEB kent enkele voorwaarden waaraan moeten worden voldaan om te mogen opstarten. Een van deze voorwaarden is dat de methaanconcentratie niet te laag mag zijn. Door het bevroren condenswater in de leidingen, was het onmogelijk voor de analyser methaanconcentraties in het stortgas te meten en werd aan de methaanvoorwaarde niet voldaan. Echter de meest voorkomende storing, in het begin van fase 2, van de installatie wordt veroorzaakt door de zuurstofanalyser. Door hoge concentraties CO2 in het stortgas verouderde de elektrochemische cel sneller dan aanvankelijk verwacht. De configuratie van de CEB is in de aanloop frequenter aangepast dan aanvankelijk verwacht. Nadat alle besturingstechnische problemen waren verholpen is op 14 januari 2003 fase 2 daadwerkelijk van start gegaan. Vanaf 14 januari zijn methaanconcentraties en draaiuren van de installatie gemonitord. In Figuur 6 is de methaanconcentratie in stortgas en de betrouwbaarheid van de CEB uitgezet tegen de tijd. De procentuele betrouwbaarheid is berekend op basis van het aantal draaiuren per dag. Op deze manier kan inzichtelijk worden gemaakt of de installatie bij verschillende methaanconcentraties het stortgas op betrouwbare wijze kan verwerken.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Duur fase (dagen)

[CH

4]/

Bet

rou

wb

aarh

eid

(%)

[CH4]stortgas Betrouwbaarheid

Figuur 6: Ontwikkeling methaanconcentratie in stortgas en betrouwbaarheid van de fakkelinstallatie gedurende fase 2.

Figuur 6 wijst uit dat in de eerste zestien dagen van fase 2 de CEB 100% betrouwbaar functioneert bij methaangehaltes in het stortgas variërend tussen 30 – 45%. Op dag tien is gestart met het omlaag brengen van de methaanconcentratie in het stortgas, teneinde de minimale concentratie methaan in stortgas waarbij de fakkel nog betrouwbaar brandt te bepalen. Door gasbronnen met een hoge concentratie te ontkoppelen van het stortgasdrainagesysteem kunnen lagere methaanconcentraties worden bereikt. Opvallend is dat na dag tien, waarop de ontkoppeling van bronnen heeft plaatsgevonden, de methaanconcentratie in het stortgas juist

Pagina 16 van 29

omhoog gaat. Gezien de capaciteit van de conventionele fakkelinstallatie, welke 225 m30.uur-1

stortgas kan verbranden, is het debiet van de nieuwe fakkel niet toereikend om de methaanconcentratie omlaag te brengen. Door nog meer gasbronnen te ontkoppelen wordt op dag 32 een methaanconcentratie van 24% gehaald. Uit Figuur 6 komt duidelijk naar voren dat het verlagen van de methaanconcentratie grote gevolgen heeft voor de betrouwbaarheid van de installatie. De CEB valt veelvuldig in storing. Deze storingen kunnen uiteindelijk teruggeleid worden naar de configuratie van de besturing. Op dag 64 van fase 2 worden aanpassingen gemaakt in de besturing van de fakkelinstallatie. Deze aanpassingen zorgen ervoor dat de brander goed functioneert en er tot en met het einde van fase 2 geen enkele storing meer optreedt, ondanks de zeer lage methaanconcentraties in het stortgas. Om de methaanconcentratie op dag 40 (28%) nog verder omlaag te brengen worden nog enkele bronnen ontkoppeld waardoor op dag 71 de laagste methaanconcentrat ie wordt geregistreerd. De laagste methaanconcentratie in stortgas, waarbij de CEB nog functioneert is 15%. Bij 14% valt de installatie in storing. Opvallend is het verschil in de methaan – lucht ratio bij deze lage methaanconcentraties. Boven een methaanconcentratie van 18% blijkt deze ratio 1:12,5 te zijn, echter bij 15% 1:14,5. Door twee delen extra verbrandingslucht toe te voeren gaat warmte verloren, omdat inerte delen lucht mee worden verbrand en onnodig worden opgewarmd. Het nodeloos opwarmen van luc ht leidt tot een te koele vlam van de CEB met als gevolg een storing waardoor de fakkel uitvalt. Tussen dag 60 en 70 heeft de fakkelinstallatie met een gemiddelde methaanconcentratie van 19% betrouwbaar gewerkt. Na het bereiken van de laagste methaanconcentratie zijn alle gasbronnen weer aangesloten op de fakkel waardoor de methaanconcentratie na dag 61 stijgt tot 43% om uiteindelijk te stabiliseren tot 30%.

4.1.1 Rookgasemissie

Op 10 maart hebben tijdens fase 2 rookgasemissiemetingen plaatsgevonden. Om de rookgasemissie te kunnen vergelijken met de huidige stand der techniek heeft een simultane rookgasemissiemeting van een conventionele “nozzle” fakkelinstallatie (fabrikaat Hofstetter) plaatsgevonden. Voordat met de uitvoering van rookgasemissiemetingen is gestart zijn stortgasmonsters genomen aan de inlaatzijde van zowel de CEB als de conventionele fakkel. In Tabel 2 is een overzicht gegeven van de analyseresultaten van genomen stortgasmonsters aan de inlaatzijde van beide installaties.

Tabel 2: Overzicht meetresultaten monster stortgas aan de aanvoerzijde van beide installaties (CEB en conventionele fakkel).

Component CEB Conventionele fakkel CxHy % 29,69 51,78 CO2 % 24,76 35,77 O2 % 0,18 0,14 N2 % 45,37 12,26 Zwavel (meervoudige componenten)

% 0,0015 0,05

BTEX % o.d.* o.d.* * Onder detectiegrens (<0,3 mg.m-3

0).

Het is op Braambergen mogelijk verschillende kwaliteiten stortgas te onttrekken en het stortgas om te leiden naar een warmtekrachtkoppeling (WKK), conventionele fakkel of de CEB. Stortgas van hoge kwaliteit wordt op Braambergen verbruikt door de WKK, waarbij de overmaat aan stortgas, welke niet door de WKK kan worden verwerkt m.b.v. de conventionele fakkel wordt afgefakkeld.

Pagina 17 van 29

Om de vergelijking tussen beide installaties mogelijk te kunnen maken, zijn bovenstaande meetgegevens, van zowel de in- als uitgaande stroom, omgerekend naar vrachtniveau per m3 stortgas en methaan (CH4), m.u.v. BTEX. De uitkomsten van de omrekening naar vrachtniveau zijn gegeven in Tabel 3.

Tabel 3: Vrachtberekeningen van de verschillende componenten in stortgas aan de inlaatzijde van de CEB en de conventionele fakkel.

Component Vracht IN CEB

g.m-3

0 STORTGAS

Vracht IN CEB

g.m-3

0CH4

Vracht IN Conventionele

fakkel g.m-3

0 STORTGAS

Vracht IN Conventionele

fakkel g.m-3

0CH4 CxHy* 211,99 714,00 369,71 714,00 CO2 491,73 1656,23 710,39 1371,94 O2 2,57 8,67 2,00 3,87 N2 567,13 1910,15 153,25 295,96 Zwavel (meervoudige componenten)

0,04 0,15 1,47 2,83

* Laboratorium onderzoek toont aan dat CxHy voornamelijk uit methaan bestaat (99,99%).

Tabel 4: Vrachtberekeningen van de verschillende componenten in de rookgassen van de CEB en de conventionele fakkelinstallatie.

Component Vracht UIT CEB

g.m-3

0 STORTGAS

Vrac ht UIT CEB

g.m-3

0CH4

Vracht UIT Conventionele

fakkel g.m-3

0 STORTGAS

Vracht UIT Conventionele

fakkel g.m-3

0CH4 CxHy* 0,00 0,00 13,02 25,15 CO2 1068,84 3600,00 1822,92 3520,50 CO 1,81 6,10 13,28 25,65 O2 70,47 237,36 8906,25 17200,17 NOx 0,18 0,61 0,31 0,60 Zwavel (meervoudige componenten)

0,05 0,15 0,52 1,01

Vrachtberekeningen tonen aan dat de CEB alle CxHy aanwezig in stortgas volledig verbrandt. Dit in tegenstelling tot de conventionele fakkelinstallatie, die 25,15 g.m-3

0CH4 (3,5 m%) onverbrand stortgas naar de atmosfeer emitteert. De vracht CO2, welke door beide installaties wordt uitgestoten uitgedrukt in g.m-3

0 STORTGAS lijkt niet te kloppen. In deze vrachtberekening wordt echter geen rekening gehouden met de concentratie methaan aanwezig in stortgas. Wanneer voor de methaanconcentratie gecorrigeerd wordt, komen beide vrachten goed overeen. CO, O2 en NOx geven informatie over de kwaliteit van de verbranding. CO wordt gevormd onder suboptimale condities. De formatie van NOx is sterk temperatuur- en tijdsafhankelijk. Spillman evalueert een diagram waarin specifieke vrachten van CO en NOx zijn uitgezet tegen λ (lambda). λ beschrijft de overmaat aan O2 tijdens verbranding van gasmengsel. Het diagram toont aan dat de rookgasemissie voor CO verbetert in geval van verbranding van gasmengsels in een overmaat aan lucht (λ > 2,2). Het diagram laat de temperatuurafhankelijkheid zien in relatie tot de vorming van NOx. De CEB heeft in vergelijking met een conventionele fakkelinstallatie een lagere CO en NOx emissie als vrachten uitgedrukt worden in g.m-3

0 STORTGAS. Echter wanneer de NOx vracht in g.m-3

0CH4 wordt uitgedrukt blijkt de emissie van de CEB met 0,61 g.m-3

0CH4 niet significant te verschillen met de emissie van de conventionele

Pagina 18 van 29

fakkelinstallatie, welke overeenkomt met 0,60 g.m-30CH4. Het is opmerkelijk te noemen daar de

CEB speciaal is ontwikkeld om NOx emissies te reduceren. De verwerking van stortgas door de CEB heeft geen invloed op de uitgaande vracht zwavelhoudende componenten. Voor zwavelhoudende componenten geldt in is uit, aangezien 0,15 g.m-3

0CH4 aan de CEB wordt geleverd en dezelfde vracht in de rookgassen terug te vinden is. De conventionele fakkel vertoont een ander beeld voor zwavelhoudende componenten. Gedurende het verbrandingsproces worden bij de conventionele fakkel zwavelhoudende componenten verwijderd. Het is niet duidelijk waardoor zwavelhoudende componenten juist door de conventionele fakkel worden verwijderd. Beide fakkelinstallaties zijn getoetst aan de NER (2000) voor rookgassen en voldoen aan de gestelde eisen opgenomen in de Nederlandse wetgeving, behoudens de retentietijd van 0,3 s bij de CEB.

4.2 Fase 3 eerste poging

Ten behoeve van dit demonstratieproject is taluddrainage aangelegd op een terreindeel waar voorheen lansen van het Smell Well Systeem stonden. Gelet op de ervaringen met het Smell Well Systeem treden hier de methaanconcentraties tussen 2% en 5% op. Dit maakt tevens een vergelijking tussen beide onttrekkings- en verwerkingsmethoden mogelijk. Reeds eerder was bij wijze van experiment een ander deel van stortplaats Braambergen van taluddrainage voorzien. Hier treden methaanconcentraties lager dan 1% op. Het is mogelijk om verschillende secties van de taluddrainage aan de CEB te koppelen en te gebruiken als verbrandingslucht.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7

Duur fase (dagen)

[CH

4]/

Bet

rouw

baar

heid

(%)

0

5

10

15

20

[CH

4]T

AL

UD

GA

S (%

)

[CH4] Stortgas Betrouwbaarheid [CH4] Taludgas

Figuur 7: Methaanconcentratie in taludgas in fase 3.

Een eerste poging om taludgas met <1% methaan te onttrekken is mislukt. Aanvankelijk werd aangenomen dat de onttrekking van taludgas op compartiment 12 West een taludgas met een methaanconcentratie nabij 1% opleverde. Na enkele dagen van actieve onttrekking blijkt het taludgas uit de sectie van compartiment 12 West in het geheel geen methaan te bevatten (Figuur 7). De zuurstofconcentratie in het taludgas is 19%, wat nagenoeg overeenkomt met omgevingslucht. Van taludgas op compartiment 6 t/m 10 was bekend dat het gas 2 – 5% methaan bevatte. Er is voor gekozen om fase 3 later te onderzoeken en eerst fase 4 te doorlopen. Door de ervaring opgedaan gedurende fase 4, moet het mogelijk zijn ook fase 3 met goed gevolg af te ronden.

Pagina 19 van 29

4.3 Fase 4

Op 16 april is gestart met, besturingstechnisch gezien, de moeilijkste fase. In de vierde fase is het mogelijk gelijke hoeveelheden methaan aan de fakkel te leveren door beide blowers. De resultaten van fase 4 zijn in Figuur 8 weergegeven.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Duur fase (dagen)

[CH

4]/ B

etro

uwba

arhe

id (%

)

[CH4] stortgas Betrouwbaarheid [CH4] taludgas

Figuur 8: Ontwikkeling methaanconcentratie in zowel stort- als taludgas en de betrouwbaarheid van de fakkelinstallatie gedurende fase 4.

Voordat met de vierde fase kon worden gestart is de configuratie van de besturing “omgekeerd”. Door de onttrekking van taludgas constant te houden, voorziet de stortgasblower de CEB van meer of minder stortgas bij een respectievelijk te lage of te hoge vlamtemperatuur. Bij aanvang van fase 4 lijkt de CEB probleemloos taludgas met een variërende methaanconcentratie te kunnen verwerken. Tijdens het opstarten van fase 4 bevat stortgas een methaanconcentratie van 28% en het als verbrandingslucht te gebruiken taludgas gemiddeld 3,6%. De zuurstofconcentratie in het taludgas is gemiddeld 17,8%. In de periode tussen dag 5 t/m 63 blijkt de installatie om besturingstechnische redenen niet in staat taludgas als verbrandingslucht te gebruiken en daarbij betrouwbaar te functioneren. In deze periode staat de installatie 70% van de tijd stil door storingen. Opmerkelijk is de afname van de gemiddelde methaanconcentratie in het taludgas van 3,6% naar 2,6% bij constante zuurstofconcentraties. Hierdoor zou het verbrandingsproces relatief eenvoudiger moeten zijn in vergelijking met het functioneren van de installatie tijdens het opstarten van fase 4. In samenspraak met de leverancier is besloten de installatie van een nieuwe PID (proportionele, integrerende en differentiërende-) regeling te voorzien, waarbij de vlamtemperatuur direct terugkoppeling geeft of meer of minder verbrandingslucht moet worden toegevoegd om onder stoichiometrische condities stortgas te verbranden. Het debiet van stortgas dient voor deze nieuwe regeling constant te zijn, waardoor de regeling van de blowers opnieuw moest worden omgekeerd. Op de dag 64 van fase 4 is de nieuwe regeling succesvol aangebracht. De fakkel blijkt met de nieuwe regeling in staat het laag calorische taludgas als verbrandingslucht te kunnen gebruiken. Het verwerkte taludgas bevat gemiddeld 3,1% methaan, waarbij de maximale concentratie piekt tot 4,1%. Bij een concentratie van 4,1% in taludgas is de methaanaanvoer via de luchtzijde 27,1 m3

0.uur-1. In vergelijking met de hoeveelheid methaan aangeleverd via de stortgaszijde 9 m3

0.uur-1 meer. Op dat moment wordt de grootste

Pagina 20 van 29

hoeveelheid methaan door het laag calorische taludgas geleverd. De gemiddelde methaanconcentratie, na aanpassing van de regeling, in het stortgas is 39%. Er moet worden opgemerkt dat met de methaanconcentratie in het taludgas rekening gehouden dient te worden om de brander betrouwbaar te laten functioneren. Het stortgasdebiet moet met een veilige marge ingesteld worden om te voorkomen dat de brander te heet wordt of te koel omdat respectievelijk te veel brandstof wordt aangevoerd en te weinig verbrandingslucht of vice versa om dit mengsel te verbranden met storingen als gevolg. De flexibiliteit van de brander is in deze fase beperkt.

4.3.1 Van corrosie tot spoelfunctie

Na de 85e dag van fase 4 is de fakkelinstallatie in storing gevallen door een defect aan de taludgasblower. Nader onderzoek toonde aan dat de zogenaamde impellers, welke zorgen voor de aanzuiging en het transport van de gasstroom, van de rootsblower ernstig waren geoxideerd. De combinatie van vocht, zuurstof en sporen van H2S in een gasmengsel kan de corrosie veroorzaakt hebben. Door veelvuldig optreden van storingen met stilstand als gevolg kan zich een oxidatielaag ontwikkeld hebben. Bij continu bedrij f wordt de oxidatielaag door rotatie voldoende verwijderd. Om de duurzaamheid van de blower te vergroten is een spoelfunctie ingebouwd. Figuur 9 geeft een overzicht van de CEB in combinatie met de spoelfunctie.

Besturing

Inlaat taludgas

Roots blower

Inlaat buitenlucht

CEB 350

Uitlaat demper

E-motor

FQ

Signaal verbrandings-

proces

Signaal klepstand

Figuur 9: Schematisch overzicht van de spoelfunctie op de CEB.

De spoelfunctie wordt actief indien de CEB in storing valt. Op dat moment zal een elektrische klep de aanvoer van taludgas sluiten en door de onderdruk (<-50 mbar) een mechanische klep openen waardoor gedurende een periode buitenlucht zal worden aangezogen. Op deze manier zal de blower na stilstand luchtgespoeld zijn weggezet en minder slijtage door corrosie optreden. Bijkomend voordeel van de spoelfunctie is dat het verwerkingsbereik en de flexibiliteit van de installatie wordt vergroot. Het is dankzij de spoelfunctie niet langer nodig om veiligheidshalve het stortgasdebiet lager in te stellen. Op het moment dat meer verbrandingslucht nodig is dan door het taludgas kan worden geleverd, zal de taludgasblower net zolang optoeren tot dat een onderdruk van 50 mbar wordt bereikt. Bij 50 mbar onderdruk zal de mechanische klep welke in verbinding staat met de buitenlucht openen en de extra benodigde lucht, om de vlam te koelen via de spoelfunctie aanzuigen.

4.4 Fase 3 tweede poging

Na een stilstand van acht maanden is besloten taludgas te onttrekken uit dezelfde sectie als in fase 4 van het project. Gezien de methaangehaltes in het onttrokken taludgas in fase 4, is de

Pagina 21 van 29

verwachting dat na verloop van tijd bronnen ingeregeld moeten worden om uiteindelijk de methaanconcentratie rond 1% te krijgen. 27 april 2004 is probleemloos de 3e fase van het demonstratieproject ingegaan (Figuur 10).

Figuur 10: Ontwikkeling methaanconcentratie in zowel stort- als taludgas en de betrouwbaarheid van de fakkelinstallatie gedurende fase 3.

Op dag 17 valt de installatie, met de nieuwe configuratie en spoelfunctie, in storing. Aanvankelijk is niet duidelijk waardoor de storing optreedt, echter na een storing op dag 21 en 28 bli jkt een filter welke de stortgasblower beschermt tegen vaste deeltjes die worden aangezogen, volledig verstopt te zitten. Gevolg van het verstopte filter is dat op dag 28 de installatie slechts 9 uur gedraaid heeft. Het filter is vervolgens schoongemaakt en opnieuw geplaatst waarna zich geen enkele storing meer heeft voorgedaan. Naast de vervanging van het filter heeft een aanpassing van de condensafvoer plaatsgevonden. De condensopvang op de huidige installatie bleek onvoldoende. Het stortgas dat onttrokken wordt is 100% waterverzadigd. Bij onttrekking van stortgas verandert de omgevingstemperatuur en condenseert het aanwezige water in het leidingwerk. Afvoer van het condenswater geschiedde handmatig, waardoor de installatie uitgeschakeld moest worden om de onderdruk in de leiding op te heffen. Er is een waterslot aangebracht waardoor de installatie niet meer hoeft te worden uitgeschakeld. Het condenswater wordt continu afgevoerd. Dit heeft een positieve uitwerking op het filter. Deze raakt daardoor minder snel verstopt. De methaanconcentratie in het taludgas varieert in fase 3 van het project tussen 0 en 1,8%. Fase 3 is in vergelijking met voorgaande fases besturingstechnisch zeer goed verlopen. Het aanzuigen van extra lucht via de spoelfunctie functioneert goed en breidt de range waarin de CEB zowel stort - als taludgas kan verwerken uit. De fakkelinstallatie is er een stuk flexibeler door geworden. Figuur 10 en 11 geven aan dat de installatie goed in staat is laag calorisch taludgas te verwerken met een methaanconcentratie van rond 1%. Op dag acht van fase 3 komt de methaanconcentratie zelfs boven de 1% uit, waarna de concentratie piekt tot 1,8% op dag 16. De nieuwste besturingsconfiguratie van de fakkel blijkt in staat deze concentraties zonder

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Duur fase (dagen)

[CH

4]/ B

etro

uw

baa

rhei

d

(%)

Zie figuur 11.

Pagina 22 van 29

problemen te verwerken. Na dag 16 is getracht de methaanconcentratie naar 1% te krijgen door bronnen af te koppelen. Op dag 18 is de methaanconcentratie gedaald naar 0,6%.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Duur fase (dagen)

[CH4] Taludgas

Figuur 11: Ontwikkeling methaanconcentratie taludgas gedurende fase 3.

Ondanks het inregelen van de taludgasbronnen treden fluctuaties op in de methaanconcentratie van het taludgas. De fluctuaties in de methaanconcentratie kunnen worden verklaard door twee factoren, namelijk het debiet van de taludgasblower dat continu varieert en de droge periode waarin de derde fase heeft plaatsgevonden. Na een periode van neerslag veert de methaanconcentratie op. Mogelijk dat door neerslag de deklaag van het stortlichaam dichtslaat en daardoor het taludgas effectiever onttrekt. De kwaliteit van het taludgas geeft aan dat bovenstaand proces zich niet voordoet. Door het dichtslaan van de deklaag kan geen zuurstof van buitenaf worden onttrokken, waardoor de zuurstofconcentratie in het taludgas zou moeten dalen. Deze concentratiedaling kan niet worden waargenomen tijdens een verhoging van de methaanconcentratie in het taludgas. De watertoevoer zorgt kennelijk voor een hogere gasproductie. Goed voorbeeld van dit proces is de trend tussen de periode 37 – 46 (Figuur 11).

Bij stortgas zijn fluctuaties in methaanconcentraties niet terug te leiden naar bovenstaand proces. De installatie onttrekt haar stortgas uit compartiment 3 t/m 5 die zijn voorzien van een bovenafdichting. De fl uctuaties hier worden verklaard door het debiet van de stortgasblower en het inregelen van de stortgasbronnen, dat wekelijks geschiedt.

4.4.1 Emissiemetingen taluds

De emissiemetingen op het talud van compartiment 6 t/m 10 zijn uitgevoerd bij zonnig weer met wind uit het zuiden. Er zijn in totaal 59 metingen uitgevoerd. Bij vijf metingen zijn geen duidelijke emissies waargenomen en deze zijn niet meegenomen in de bepaling van de totale methaanflux. Emissiemetingen op kale plekken, zogenaamde hot spots, op het talud vertonen zoals verwacht de grootste methaanflux. De dataset laat bij weelderige vegetatie over het algemeen een duidelijk lagere methaanflux zien.

Pagina 23 van 29

De metingen die in deze campagne zijn uitgevoerd kunnen worden vergeleken met de resultaten van eerdere metingen op Braambergen. In tegenstelling tot de campagne in 2002 is in het demonstratieproject geen classificatie van het totaal bemeten oppervlak beschikbaar. Het is niet mogelijk de metingen van 2004 op dezelfde manier te wegen. Omdat de metingen min of meer op een grid zijn uitgevoerd, waarbij niet specifiek werd gezocht naar plekken met hoge emissies, wordt aangenomen dat de gemiddelde emissie van alle metingen de beste schatting voor het feitelijke gemiddelde is. In Tabel 5 is de gemeten methaanemissie op het talud van compartiment 6 t/m 10 voor 2002 en 2004 gegeven.

Tabel 5: Methaanemissie op basis van boxmethode ten tijde van Smell Well Systeem (2001) en het CEB demonstratieproject (2004).

2002 2003 2004 Emissie l CH4.m

-2.uur-1 1,05 n.g. 0,15 N.g. = niet gemeten

De boxmetingen tonen aan dat de methaanemissie in 2004 in vergelijking met 2002 is afgenomen met 0,90 l CH4.m

-2uur-1. De afname in methaanemissie kan niet uitsluitend door de aanleg van de taluddrainage en het toepassen van de CEB worden verklaard. De stortgasproductie van compartiment 6 t/m 10 is in de periode 2002 – 2004 afgenomen. Tegelijkertijd is het onttrekkingsrendement met het conventionele onttrekkingssysteem toegenomen. Met behulp van een multifase stortgasproductiemodel, het daadwerkelijk gemeten onttrekkingsdebiet en de gebruikelijke aanname voor de methaanoxidatiecapaciteit van de deklaag kan de methaanemissie, inclusief actieve onttrekking door de CEB, worden berekend. Om tot de emissie uitgedrukt in l CH4.m

-2.uur-1 te komen is gebruik gemaakt van de volgende aannames: § methaanconcentratie in stortgas is 50%; § oppervlak (inclusief talud) van compartiment 6 t/m 10 is 9 ha en; § oxidatiecapaciteit van het talud is 10%. In Tabel 6 is voor de periode 2002 – 2004 een overzicht gegeven van de potentiële emissie berekend op basis van het model. Door de potentiële emissies te vergelijken met de gemeten emissie kan het effect van CEB in vergelijking met het Smell Well Systeem worden vastgesteld.

Tabel 6: Potentiële methaanemissie voor compartiment 6 t/m 10.

2002 2003 2004 Jaarlijkse productie l CH4.m

-2.uur-1 1,84 1,61 1,41 Onttrekking l CH4.m

-2.uur-1 1,38 1,52 1,30 Oxidatie l CH4.m

-2.uur-1 0,05 0,01 0,01 Emissie l CH4.m

-2.uur-1 0,41 0,08 0,10 Uit tabellen 5 en 6 blijkt dat de gemeten emissie in beide meetcampagnes groter is dan de potentiële emissie. In 2002 is een methaanemissie gemeten van 1,05 l CH4.m

-2.uur-1, terwijl op basis van het model slechts 0,41 l CH4.m

-2.uur-1 kan emitteren. Voor 2004 geldt dat 0,15 l CH4.m

-2.uur-1 is gemeten met de boxmethode terwijl op basis van het model 0,10 l CH4.m-2.uur-1

mogelijk zou kunnen emitteren. Het verschil tussen de gemeten en de berekende emissie kan twee oorzaken hebben. Enerzijds is het lastig om met boxmetingen een resultaat met een nauwkeurigheid beter dan + of - 50% te verkrijgen. Boxmeting is echter de enig mogelijke methode ter bepaling van methaanemissie op een deel van de stortplaats. Anderzijds kan een te lage potentiële emissie worden berekend doordat de stortgasproductie is onderschat. Stortgasproductieprognosemodellen hebben een nauwkeurigheid van + of – 20%. Gelet op deze onnauwkeurigheden en de relatief kleine

Pagina 24 van 29

verschillen tussen gemeten en berekende emissie kan worden geconcludeerd dat het model de situatie adequaat beschrijft. Niet in het minst door een beter onttrekkingsrendement verschillen de omstandigheden in 2004 ten opzichte van 2002. De emissiemeting geeft desondanks aan dat de CEB als vervanging van het Smell Well Systeem voor verdergaande reductie van de uitstoot van methaan ten minste even goed heeft gefunctioneerd. De toepassing van taluddrainage blijkt verder effect te hebben op de methaanoxidatie door de deklaag van het stortlichaam. Bij de bacteriële omzetting van organisch koolstof komt stortgas vrij met een typische CH4:CO2 verhouding van 1:0,922. De CH4:CO2 verhouding van het onttrokken taludgas door het Smell Well Systeem is 1:1,3. De verhoging van de CH4:CO2 verhouding betekent dat oxidatie heeft plaatsgevonden in de deklaag, waardoor de methaanemissie naar de atmosfeer afneemt. De verhouding van het taludgas onttrokken door de CEB is 1:1,5. De methaanoxidatiecapaciteit door de deklaag is in 2004 met zekerheid groter dan 10%. De aanzuiging van buitenlucht via de taluddrainage heeft een positieve invloed op de oxidatie van methaan in de deklaag.

4.5 Milieurendement en kosteneffectiviteit

4.5.1 Milieurendement

Met een conventionele fakkelinstallatie blijkt dat de in het stortgas aanwezige CxHy niet volledig wordt verbrand. Rookgasemissiemetingen hebben aangetoond dat 13,02 gCxHy .m-3

0 STORTGAS onverbrand naar de atmosfeer emitteert. In 2003 is op stortplaats Braambergen in totaal 2,4 Mm3 stortgas door de conventionele fakkelinstallatie afgefakkeld. Ondanks dat aan alle regels van de NeR voor hoge temperatuur verbranding van stortgas wordt voldaan stoot de fakkel jaarlijks 31,2 ton CxHy uit. Laboratoriumanalyses hebben aangetoond dat CxHy voor 99,99% uit methaan bestaat. Als wordt aangenomen dat het uitgestoten CxHy volledig bestaat uit methaan komt de uitstoot van 31,2 ton overeen met 656 ton CO2 equivalenten. Door stortgas met een CEB in plaats van een conventionele fakkelinstallatie te verbranden kan de uitstoot door “methaanslip” ter grootte van 656 ton CO2 equivalent op jaarlijkse basis worden voorkomen. In 2002 is in geheel Nederland 41 Mm³ stortgas afgefakkeld. Aannemend dat de betreffende fakkels een vergelijkbare "methaanslip" vertonen is een jaarlijkse nationale reductie ter grootte van 533 ton methaan ofwel 0,011 Mton CO2 equivalent mogelijk. Dit demonstratieproject toont aan dat de CEB stortgas met methaangehaltes vanaf 15% betrouwbaar kan verwerken. Dit betekent dat het met de CEB in nazorgsituaties mogelijk is om veel langer dan met conventionele fakkels stortgas te verwerken. Er is nog geen gedocumenteerde ervaring hoeveel tijd na sluiting van de stortplaats het fakkelen met een conventionele installatie moet worden gestaakt. Het is daarom niet eenvoudig te berekenen hoe groot de potentiële methaanemissiereductie in dat opzicht is. Er wordt aangenomen dat de standaard fakkel buiten bedrijf wordt gesteld wanneer het methaangehalte is gezakt tot beneden 40%. De verwachting is dat dit optreedt ongeveer 10-30 jaar na afdichting en doorloopt tot 70-90 jaar na afdichting. Daarbij neemt op de “gemiddelde” stortplaats het debiet af van ongeveer 80 tot 20 Nm³/h. Gedurende een periode van 60 jaar wordt bij deze aannames gemiddeld 50 Nm³ stortgas per uur met een methaangehalte van 20% geproduceerd. Dat komt overeen met 10 Nm³ methaan per uur. Hoewel dit nog geen praktijk is, wordt aangenomen dat na het buiten bedrijf stellen van de fakkel de stortgasonttrekking wordt aangesloten op een biofilter. Het biofilter heeft een methaanverwijderingsrendement van 50%. Op de “gemiddelde” stortplaats wordt zodoende

2 Zetmeel wordt omgezet in methaan en koolstofdioxide volgens: C6O12O6 (zetmeel) --> 3CH4 + 3CO2.

De CH4:CO2 ratio is uit bovenstaande vergelijking 1:1, echter is CO2 goed oplosbaar in water en wordt in de praktijk een

verhouding van 1:0,92 gehanteerd.

Pagina 25 van 29

5 Nm³ methaan per uur ofwel 3,5 kg methaan per uur verwijderd en een zelfde hoeveelheid geëmitteerd. Dit demonstratieproject heeft aangetoond dat die restemissie kan worden vermeden met de inzet van een CEB. De reductie bedraagt 30.660 kg methaan per jaar per stortplaats ofwel 613.200 kg CO2 equivalent per jaar per stortplaats. Er zijn ongeveer 80 stortplaatsen in Nederland die onder het regiem van het Stortbesluit vallen. Die stortplaatsen moeten van een bovenafdichting en stortgasonttrekkingsinstallatie worden voorzien. Daarnaast wordt er een nazorgfonds opgebouwd, waarmee de provincies de voorzieningen kunnen vervangen en zo ook CEB’s zouden kunnen aanschaffen. Naar schatting kan dat landelijk een reductie van 0,05 Mton CO2 equivalent per jaar opleveren. Dergelijke voorzieningen zijn er niet voor de ongeveer 4.000 voormalige stortplaatsen. Het RIVM heeft becijferd dat in 2002 de bruto methaanemissie van de Nederlandse stortplaatsen 434 Gg methaan bedroeg. In 2002 is in Nederland op 51 stortplaatsen 66,5 Gg methaan onttrokken en benut danwel afgefakkeld. In 2002 bedroeg de netto emissie 367,4 Gg methaan. Dit komt overeen met 7,35 Mton CO2 equivalent. De voormalige stortplaatsen hebben geen bovenafdichting. De gaskwaliteit en -hoeveelheid zijn vanwege de ouderdom van het afval veelal laag. In veel gevallen biedt conventionele gasonttrekking geen mogelijkheid om hier een reductie te bewerkstelligen. Met een CEB is dat naar verwachting wel mogelijk. Een CEB vergt vergelijkbare jaarlijkse lasten als een conventionele fakkel. Er ligt hier dus een enorm reductie potentieel (vermoedelijk 2 – 3 Mton CO2 equivalent per jaar) tegen de relatief lage kosten van conventionele stortgasonttrekking (zie 4.5.2.). Middels de CEB en taludonttrekking wordt getracht op Stortbesluit stortplaatsen een reductie van broeikassen te bewerkstelligen. De onttrekking van taludgas en de verbranding daarvan kost energie, waarbij CO2 vrijkomt. Aan de hand van de TEWI richtlijn (Total Equivalent Warming Impact) is voor de CEB een balans opgemaakt en in Tabel 7 weergegeven. Om een vergelijking te kunnen maken met een aantal alternatieven, is voor de verwerking van laag calorisch stortgas met behulp van katalytische oxidatie of een biofilter ook een milieuprestatie op basis van de TEWI richtlijn berekend. Bij de TEWI berekeningen is uitgegaan van het volgende. Op 1 ha talud kan 800 m3.uur-1 taludgas worden onttrokken. De methaanconcentratie in het taludgas wordt gesteld op 0-2%, waardoor gemiddeld 8 m3.uur -1 methaan wordt onttrokken uit de taludgasdrainage. Het demonstratieproject heeft aangetoond dat de combinatie taluddrainage en CEB in staat is een grotere reductie te realiseren dan deze aanname. Een model stortplaats ter grootte van 30 ha heeft een taludoppervlakte van 12 ha die gedurende exploitatie gefaseerd wordt aangelegd, waardoor gemiddeld kan worden gesteld dat uit 6 ha taluddrainage taludgas onttrokken wordt waardoor gemiddeld 50 m3.uur-1 methaan wordt onttrokken. Uitgaand van 20 operationele stortplaatsen met een exploitatieduur van 25 jaar bedraagt het reductie potentieel 0,12 Mton CO2 equivalent per jaar. Uit eerder onderzoek (ROB 375004/0010) is gebleken dat in de praktijk het verwijderingsrendement voor methaan van een biofilter rond 50% ligt. Het verwijderingsrendement van de CEB is op basis van de emissiemetingen op 100% gesteld. Voor de katalytische oxidatie is aangenomen dat die eveneens een verwijderingsrendement van 100% behaalt.

4.5.2 Kosteneffectiviteit

Bij vermijden van methaanslip, langer fakkelen tijdens nazorg en onttrekking op voormalige stortplaatsen wordt de CEB ingezet als vervanger van een conventionele fakkelinstallatie. De investeringskosten en de operationele kosten van een CEB zijn vergelijkbaar met een conventionele fakkelinstallatie. De kosten voor het realiseren van de genoemde reductie opties bedragen € 4 - 5 per ton CO2 equivalent. Om aan te geven welke installatie in combinatie met taludonttrekking de grootste kosteneffectiviteit biedt om een ton CO2 equivalent uitstoot te

Pagina 26 van 29

voorkomen zijn de kosten per ton CO2 per verwerkingsmethode berekend (€.ton-1 CO2 eq.jaar-1). Een kostenoverzicht per systeem is gegeven in Tabel 7.

Tabel 7: Overzicht milieuprestatie en kosteneffectiviteit per systeem.

CEB

Katalytische oxidatie

Biofilter

Taluddrainage 12 ha € 250.000 € 250.000 € 250.000 Technische installatie € 130.000 € 700.000 € 50.000 Totale investering € 380.000 € 900.000 € 300.000 Afschrijvingstermijn 20 20 20 Rente 6% 6% 6% Kapitaalslasten € 33.100 € 82.800 € 26.200 Onderhoud & energie € 40.000 € 50.000 € 35.000 Personeel € 10.000 € 10.000 € 10.000 Onderzoek € 2.500 € 2.500 € 2.500 Jaarlijkse lasten € 85.600 € 145.300 € 73.700 Baten gasbenutting - - - Totale jaarlijkse lasten € 85.600 € 145.300 € 73.700 Milieuprestatie (TEWI) Nm³ methaan/h 50 50 25 kg methaan/h 35 35 18 kg methaan/jaar 306.600 306.600 153.300 ton CO2 eq/jaar 6.132 6.132 3.066 KE in €.ton-1 CO2 eq € 14,00 € 23,70 € 24,00

De kosten om 1 ton CO2 equivalenten te besparen zijn voor de CEB in combinatie met taludgasdrainage € 14,00. Voor de verwerking van taludgas met behulp van katalytische oxidatie zijn de kosten € 23,70. Voor het veel goedkopere biofilter zijn de hoge kosten van € 24,00 per ton CO2 equivalent te verklaren door het lage methaanverwijderingsrendement van slechts 50%. De investeringskosten voor het aanbrengen van taluddrainage blijken een groot effect te hebben op de uiteindelijke kosteneffectiviteit. Een laag rendement wordt niet gecompenseerd door lagere kosten van de installatie die het taludgas verwerkt. In een eerdere rapportage (ROB 375004/0010) over het Smell Well Systeem is een kosteneffectiviteit van € 27,00 per ton CO2 equivalent gevonden. Middels vereenvoudigingen als beoogd in het onderhavige project is in de eerdere rapportage € 6,00 à € 7,00 per ton CO2 equivalent per jaar voorspeld. Met € 14,00 per ton CO2 equivalent is een aanzienlijke reductie bereikt. Het demonstratieproject laat zien dat een kostenniveau van € 6,00 à € 7,00 per ton CO2 equivalent in de praktijk nog niet haalbaar is. Er dient wel te worden opgemerkt dat tijdens de aanleg van taluddrainage zich problemen voordeden, die aanvankelijk niet waren voorzien. Door hevige regenval was het noodzakelijk een tweede kraan in te zetten om te voorkomen dat de kraan, welke sleuven groef om taluddrainage in aan te brengen, van het talud afgleed. Verder is gebruik gemaakt van kwalitatief hoogwaardig leidingwerk. Hierdoor zijn de kosten voor het aanbrengen van taluddrainage hoger uitgevallen wat zijn effect heeft op de uiteindelijke kosteneffectiviteit. Mogelijk dat met kwalitatief minder hoogstaand landbouwdrainage eenzelfde methaanreductie valt te realiseren. Bij aanleg in een gunstig seizoen is wellicht een draineermachine inzetbaar. De investeringskosten voor de taluddrainage zouden dan aanzienlijk lager kunnen uitvallen. Het is echter niet waarschijnlijk dat de kosten kunnen worden teruggebracht tot minder dan € 10,00 per ton CO2 equivalent.

Pagina 27 van 29

5 CONCLUSIES

De CEB heeft in vergelijking met de start van het demonstratieproject besturingtechnisch een enorme ontwikkeling doorgemaakt. De configuratie van de besturing in fase 2 en 4 is niet meer vergelijkbaar met de configuratie in fase 3. De ontwikkeling van de CEB gedurende het demonstratieproject is de betrouwbaarheid en de flexibiliteit ten goede gekomen. De implementatie van een PID regeling en de spoelfunctie hebben voor de grootste sprong voorwaarts gezorgd. Verwerking stortgas (<30% CH4) Ondanks de moeilijke aanloop van de tweede fase blijkt het met de CEB mogelijk om stortgas te verwerken met slechts 15% methaan. Om de verbranding bij zulke lage methaanconcentraties te realiseren, hebben meerdere aanpassingen in de configuratie van de besturing plaats moeten vinden. De CEB heeft gedurende 11 dagen stortgas met minder dan 20% methaan zonder storingen verwerkt om uiteindelijk bij 15% in storing te vallen. Verwerking taludgas (<1% CH4) Een eerste poging om taludgas met een methaanconcentratie van 1% uit het talud van compartiment 12 te onttrekken mislukte. Na enkele dagen van actieve onttrekking uit de taluddrainage blijkt het taludgas 0% methaan te bevatten. Na de eerste poging is gestart met de vierde fase van het demonstratieproject, waarbij taludgas wordt onttrokken met een methaanconcentratie tussen 2 – 5% uit compartiment 6 t/m 10. Door de ervaringen en aanpassingen uit fase 4 is na een stilstand van acht maanden besloten wederom taludgas uit compartiment 6 t/m 10 te onttrekken. Door taludgasbronnen in te regelen kan uiteindelijk taludgas met 1% methaan onttrokken worden. De aangepaste CEB is goed in staat laag calorisch taludgas te verwerken. Storingen treden nauwelijks meer op tijdens fase 3 afgezien van een vervuilde filter in de stortgasblower. Verwerking taludgas (<5% CH4) Besturingstechnisch gezien is dit de moeilijkste fase van het demonstratieproject, omdat door beide blowers een gelijke hoeveelheid methaan aangevoerd kan worden. Aanvankelijk lijkt de oude configuratie van de CEB te voldoen, want de eerste vijf dagen van de vierde fase functioneert de CEB zonder storingen. Op de zesde dag valt de CEB in storing en blijft tot dag 63 veelvuldig in storing vallen. De installatie staat in deze periode 70% van de tijd stil en het wordt duidelijk dat de configuratie van de besturing niet voldoet. De installatie wordt voorzien van een nieuwe PID regeling, waarbij de vlamtemperatuur direct terugkoppeling geeft of meer of minder verbrandingslucht moet worden toegevoegd. Na de installatie van de PID regeling blijkt de installatie in staat taludgas met 1% methaan als verbrandingslucht te kunnen gebruiken en daarbij betrouwbaar te kunnen functioneren. Het verwerkte taludgas bevat gemiddeld 3,1% en piekt tot maximaal 4,1% methaan. Bij een concentratie van 4,1% methaan in het taludgas wordt voor het eerst in het demonstratieproject meer methaan via de taludgasblower aan de CEB toegediend dan door de stortgasblower. Om de CEB te laten functioneren in deze fase dient met de methaanconcentratie in taludgas rekening te worden gehouden. Wanneer te veel methaan wordt geleverd door de taludblower kan de vlamtemperatuur van de CEB te hoog worden, waardoor de CEB uitvalt. Corrosie Zonder enig aantoonbare reden valt de CEB op dag 85 stil. De taludgasblower blijkt vast te zitten en nader onderzoek toont aan dat deze blower ernstig is gecorrodeerd. De combinatie van vocht, zuurstof en sporen van H2S in de taludgasstroom kan corrosie tijdens stilstand in de hand werken. Om de duurzaamheid van de installatie te vergroten is een spoelfunctie aangebracht.

Pagina 28 van 29

Dankzij deze voorziening wordt de taludgasblower luchtgespoeld, indien een storing zich voordoet, weggezet. Bijkomend voordeel van de spoelfunctie is dat de flexibiliteit van de CEB wordt vergroot. Mocht de vlamtemperatuur te hoog worden, dan zal de taludgasblower optoeren en meer onderdruk in de leiding creëren. Bij een onderdruk van 50 mbar zal een mechanische klep zich openen en zodoende buitenlucht aanzuigen, waardoor de CEB extra koelende lucht krijgt toegediend. Rookgasemissiemeting Tijdens fase 2 hebben emissiemetingen plaatsgevonden op componenten in de rookgassen van de CEB en een conventionele fakkelinstallatie. Om beide installaties en rookgasemissies te kunnen vergelijken zijn vrachtberekeningen gemaakt. Uit de vrachtberekeningen blijkt dat de CEB de component CxHy volledig verwijdert. De conventionele fakkelinstallatie vertoont een methaanslip van 3,5% (13 g.m-3

0stortgas ). Ten aanzien van de uitstoot van NOx blijkt niet veel verschil te bestaan tussen beide installaties, ondanks het feit dat de CEB speciaal is ontwikkeld om een reductie van NOx te realiseren. Opmerkelijk is het verschil in de vrachten zwavelhoudende componenten. De CEB stoot een gelijke vracht zwavelhoudende componenten uit als door het stortgas wordt aangevoerd, in tegenstelling tot de conventionele fakkelinstallatie. Het is niet duidelijk welk proces verantwoordelijk is voor de verwijdering van zwavelhoudende componenten. Mogelijk wordt het verschil in vrachten veroorzaakt door een analysefout. Methaanemissie De resultaten van de emissiemetingen op het talud van Braambergen komen vrij goed overeen met de berekende emissie. De methaanflux van 0,15 lCH4.m

-2uur-1 tijdens inzet van de CEB is laag te noemen. Door een beter onttrekkingsrendement en een afname van de gasproductie verschillen de omstandigheden in 2003 en 2004 ten opzichte van 2002. De emissiemetingen geven aan dat de CEB met taluddrainage voor verdergaande reductie van de uitstoot van methaan ten minste even goed heeft gefunctioneerd als het Smell Well Systeem. De toepassing van taluddrainage blijkt verder effect te hebben op de methaanoxidatie door de deklaag van het stortlichaam. Bij de bacteriële omzetting van organisch koolstof komt stortgas vrij met een typische CH4:CO2 verhouding van 1:0,923. De CH4:CO2 verhouding van het onttrokken taludgas door het Smell Well Systeem is 1:1,3. De verhoging van de CH4:CO2 verhouding betekent dat oxidatie heeft plaatsgevonden in de deklaag, waardoor de methaanemissie naar de atmosfeer afneemt. De verhouding van het taludgas onttrokken door de CEB is 1:1,5. De methaanoxidatiecapaciteit door de deklaag is in 2004 met zekerheid groter dan 10%. De aanzuiging van buitenlucht via de taluddrainage heeft een positieve invloed op de oxidatie van methaan in de deklaag. Milieurendement en kosteneffectiviteit Het demonstratieproject heeft aangetoond dat de CEB technisch in staat is op nationale schaal een reductie te realiseren ten aanzien van de volgende aspecten: Vermijden methaanslip 0,011 Mton CO2 equivalent per jaar Langer fakkelen tijdens nazorg 0,050 Mton CO2 equivalent per jaar Taludonttrekking in operationele periode 0,120 Mton CO2 equivalent per jaar Onttrekking op voormalige stortplaatsen 2 – 3 Mton CO2 equivalent per jaar Bij vermijden van methaanslip, langer fakkelen tijdens nazorg en onttrekking op voormalige stortplaatsen zou de CEB ingezet kunnen worden als vervanger voor een conventionele installatie. De kosten zijn vergelijkbaar met een conventionele installatie en bedragen € 4 – 5 per

3 Zetmeel wordt omgezet in methaan en koolstofdioxide volgens: C6O12O6 (zetmeel) --> 3CH4 + 3CO2.

De CH4:CO2 ratio is uit bovenstaande vergelijking 1:1, echter is CO2 goed oplosbaar in water en wordt in de praktijk een

verhouding van 1:0,92 gehanteerd.

Pagina 29 van 29

ton CO2 equivalent. In het geval van de taludonttrekking is aan de hand van de TEWI richtlijn voor de CEB, katalytische oxidatie en een biofilter de balans opgemaakt. De TEWI berekening toont aan dat met de CEB de laagste kosten gerealiseerd kunnen worden. De kosten bedragen € 14,00 per ton CO2 equivalent. De kosten voor katalytische oxidatie en het biofilter zijn respectievelijk € 23,70 en € 24,00 per ton CO2 equivalent. De investeringskosten voor de taluddrainage en het rendement van de verwerkingsinstallatie blijken een groot effect te hebben op de kosteneffectiviteit van een systeem. Door verdere optimalisatie is wellicht een kostenreductie voor de combinatie taluddrainage en CEB mogelijk. Het is echter niet waarschijnlijk dat de kosten kunnen worden teruggebracht tot minder dan € 10,00 per ton CO2 equivalent.