How to get energy from sewage waste
Soil-Concept is developing a procedure to transform sewage sludge compost into gas
ENERCOM is really a concentrate of technology. Pipes, conduits and different machines fill the small hall inside which the project is taking on its final shape, at its base on the “Fridhaff” landfill site near the town of Diekirch in the North of Luxembourg. Work was going on at a fast pace this summer as the installation is due to start production at the end of this year according to Soil-Concept CEO, Marc Dumoulling. The company was founded in 1996. It is here that the compost generated since 2000 by mixing pretreated sewage sludge, plant waste and wood chips will be transformed into gas that will in turn power other installations generating heat and electricity. By-products will include pellets for industrial stoves and a phosphate-rich ash that can be used as both a high end fertilizer, and as a substitute for cement in the concrete sector.
The idea of ENERCOM is thus to take sewage sludge treatment and recovery several steps further. The project has been funded with 5.2 million euros, most of which came from the Seventh European Research and Development Programme. Soil-Concept SA has seven partners for this project– from Luxembourg, Germany, Belgium, Austria and Lithuania.
Today, about 9.000 tonnes of compost leave the “Fridhaff” compound every year. The compost is obtained by mixing pre-treated sewage sludge with plant waste. 70% of it is used by the farming sector as fertilizer. The rest is used to fertilize poor quality soils after construction works or on lawns for instance. Soil-Concept was founded in 1996 and has been collecting sewage waste in Diekirch since 2000. Today, about 35% of Luxembourg’s sewage waste goes into Soil-Concept’s big silos that are able to process 12,000 tonnes of the mix, which includes plant waste. The ingredients are then transported to “Fridhaff” from every corner of the Grand Duchy. The silos are constantly aerated and the biomass is regularly turned over so as to accelerate the composting process. Micro-organisms are working on the organic waste and this work raises the temperature inside the heaps to about 60 to 70 degrees. At its peak, other organisms kick in, mineralizing the biomass that dries continuously. After several weeks, what you get resembles potting soil.
But, as Marc Demoulling, a biologist by trade who has been working on biogas installations in Luxembourg since 1984/1985, points out, the compost also has a high energetic value: “three kilos is the equivalent of one litre of gasoil”. The challenge being to extract the energy. This is achieved by transforming biomass into gas. Compost first has to be dried so as not to contain more than 15% humidity, which can only be done by heating it.
It will then be injected into a fluidized bed combustor, where the biomass will be transformed into gas at around 950 degrees. The composition of the gas may be altered by adding different substances to the reactor. The gas is then cooled down and cleaned to make it ready to fuel motors producing heat and electricity. “The different technologies used here already exist, but the concept we came up with of combining them is unique”, says Marc Demoulling who aims to continue research on the different processing steps of gasification. He is thinking of developing a centre of excellency in this specialized field, at “Fridhaff”.
During its test phase, the installation will be able to deliver about 2,000 MWh of electricity and 1,700 MWh of heat per year. If it would generate only thermal energy, this could be enough to heat around 1,200 homes per year. In addition, about 4,000 tonnes of pellets and 2,800 tonnes of enriched compost could be produced. It has been calculated that 10,000 tonnes of carbon dioxide emissions could be avoided by opting for this technology. If the project runs as expected, it will no doubt soon be implemented elsewhere in Europe and the world.
In “Fridhaff”, connecting pipes have already been installed to transport the energy generated inside the Soil-Concept compound to a neighbouring industrial area that has not been set up yet. Those pipes symbolize the project managers’ confidence in ENERCOM’s success.
Comment transformer des boues d’épuration en énergie
Soil-Concept développe une installation permettant de transformer le compost de boues d’épuration en gaz
ENERCOM, c’est du concentré technologique. Au sein du petit hall dans lequel le projet est en train de prendre définitivement forme sur le site « Fridhaff », une décharge près de Diekirch dans le Nord du Luxembourg, le visiteur s’émerveille devant un enchevêtrement de machines, de conduites et autres installations en acier reluisant. Les travaux sont allés bon train cet été alors que l’installation doit démarrer pour de bon d’ici la fin de l’année selon Marc Demoulling, administrateur-délégué de Soil Concept SA, fondée en 1996. C’est ici que le compost obtenu depuis 2000 à partir du mixage de boues d’épuration, de déchets verts et d’écorces de bois sera transformé en gaz, ce dernier faisant fonctionner d’autres installations qui produiront de l’énergie thermique et électrique, mais encore des pellets industriels ainsi que d’autres produits dérivés. Ainsi, les cendres riches en phosphates restant tout au bout du processus pourront servir non seulement comme engrais de pointe, mais une autre fraction pourra substituer le ciment dans la production de béton.
Aller plusieurs pas plus loin
Aller plusieurs pas plus loin dans la valorisation des boues d’épuration, c’est donc l’idée d’ENERCOM, financé à hauteur de 5,2 millions d’euros notamment dans le contexte du septième programme-cadre européen de recherche et de développement technologique. Outre Soil -Concept SA, sept partenaires sont à bord d’ENERCOM, dont un autre basé au Grand-Duché, les autres provenant d’Allemagne, d’Autriche, de la Belgique et de la Lituanie.
A l’heure actuelle, les quelque 9.000 tonnes de compost annuels obtenus par Soil-Concept à partir du mélange de boues d’épuration – déjà traitées en amont – et de déchets verts sont utilisées comme fertilisants. 70% partent dans l’agriculture, les autres servent pour fertiliser des pelouses de toute nature par exemple ou à réhabiliter des sols pauvres. Voici 15 ans que Soil-Concept SA, née en 1996, collecte au « Fridhaff » environ 35% des boues d’épuration produites au Grand-Duché et des déchets verts dans d’énormes silos en béton qui peuvent stocker en tout 1200 tonnes de chaque « mélange ». Les silos, devant lesquels se déroule un ballet incessant de chargeurs et camions, les composants provenant des quatre coins du pays, sont aérés en permanence, la biomasse retournée, de façon à favoriser le processus de compostage. Le travail des micro-organismes qui interviennent dans ce processus fait monter la température au sein des amas de mélange, une température qui monte à quelque 60 à 70 degrés, un moment où des micro-organismes thermophiles prennent le relais. La masse sèche et se minéralise. Au bout du processus qui dure plusieurs semaines : un fertilisant puissant ressemblant à du terreau.
Le défi de la gazéification
Mais comme l’explique Marc Demoulling, biologiste de formation, qui travailla dès les années 1984-85 sur l’installation des premières installations de biogaz au Grand-Duché, le compost a aussi une importante valeur énergétique : « Trois kilos, c’est l’équivalent d’un litre de gasoil ». Le défi étant évidemment de mettre à profit cette caractéristique. Pour cela, il faut transformer le compost en gaz. Un compost qui doit d’abord renfermer moins de 15% d’humidité, ce qu’on n’obtient pas par séchage normal dans les silos. On aura donc besoin d’énergie thermique pour réduire l’humidité de la biomasse.
Le compost séché sera ensuite envoyé dans un gazéificateur à lit fluidisé dans lequel la biomasse sera gazéifiée à une température de quelque 950 degrés. Refroidi, le gaz, dont la composition pourra être altérée par l’injection d’autres substances dans le réacteur, sera injecté après lavage dans un moteur qui produira de l’énergie thermique et électrique. « Les différentes technologies existent, mais le concept que nous avons mis en place pour les combiner afin de valoriser notre compost est unique », explique Marc Demoulling pour lequel l’installation présente une excellente opportunité de poursuivre la recherche par exemple sur les technologies de gazéification. On penserait même à ériger un centre d’excellence sur le site du « Fridhaff ».
Assez d’énergie thermique pour alimenter 1.200 maisons unifamiliales
Si le gaz est valorisé uniquement en chaleur, la production pourrait alimenter quelque 1.200 maisons unifamiliales sur un an. En plus, l’installation pourra produire quelque 4.000 tonnes de pellets par an, 2.800 tonnes de compost enrichi et permettra d’éviter jusqu’à 10.000 tonnes de CO2 par an. Si le projet s’avère concluant, le concept sera sans doute rapidement mis en œuvre ailleurs en Europe et dans le monde.
A noter qu’au « Fridhaff », les conduites destinées à alimenter le cas échéant une nouvelle zone industrielle voisine en gaz sont d’ores et déjà posées. Un signe de la conviction des porteurs du projet qu’ENERCOM sera un succès.
