© 2024 SURF
De zwavelkringloop binnen de landbouw is momenteel niet circulair. De landbouw kan verduurzamen door gebruik te maken van circulaire stromen. Enerzijds importeert de landbouw zwavel in de vorm van kunstmest bijvoorbeeld ammoniumsulfaat. Anderzijds voert de landbouw zwavel af via bio(gas)ontzwavelingsinstallaties. In dit project is onderzocht of dit zwavel omgezet kan worden naar zwavelzuur en zodoende kan worden hergebruikt.
De omzetting van zwavel naar zwavelzuur kan met het dubbel contactproces. Hierbij wordt 96% zwavelzuur geproduceerd en dit zorgt voor een grote afzet en toepasbaarheid in de industrie. Een belangrijke processtap is de omzetting van SO2 naar SO3 met V2O5 als katalysator. Deze katalysator is gevoelig voor vervuiling en daarom is een analyse uitgevoerd op niet-zwavel elementen in diverse zwavelmonsters.
Uit analyse blijkt dat de zwavelstromen ook kalium, ijzer en fosfor bevatten. Het gewichtspercentage van deze elementen bedraagt ongeveer 0-3% t.o.v. zwavel. Het monster uit de waterzuivering bevat geen kalium, maar wel calcium. De verwachting is dat met de gedetecteerde elementen geen storende reacties ontstaan in het dubbel contactproces. Zwavel uit de ontzwavelingsinstallaties voor biogas of waterzuivering kan zo een duurzame bron voor 96% zwavelzuur zijn.
Met een OPEX en CAPEX analyse is een schatting gemaakt voor de kosten van een zwavelzuurfabriek. Hieruit blijkt dat een minimale fabrieksgrootte van 100 ton zwavel per dag een rendabele grootte is. Deze hoeveelheid zwavel is momenteel niet haalbaar, daar meer zwavel gewonnen moet worden uit mest of afvalwater dan nu het geval is.
De zwavel(zuur)markt is groot, waarbij honderd-miljoenen kilo’s zwavel (in welke vorm dan ook) alleen al in Nederland worden verhandeld. Het merendeel is afkomstig van fossiele bronnen en met de fossielvrije samenleving op komst zal uiteindelijk een andere zwavelbron gevonden moeten worden. Dan zijn de resultaten in dit KIEM-project een goede start om verdiepend onderzoek te starten om de zwavelcyclus te sluiten.
Dit onderzoek richt zich op het sluiten van de agrarische zwavelkringloop door elementair zwavel van biologische oorsprong (dat vrijkomt bij de productie van biogas) om te zetten naar zwavelzuur. Zwavelzuur wordt in de landbouw gebruikt als kunstmest, bijvoorbeeld als kaliumsulfaat, ammoniumsulfaat en magnesiumsulfaat. Uiteindelijk nemen planten het zwavel op en via veevoer en (koeien)mestvergisting komt het zwavel als sulfide in biogas. Een biogasontzwavelingsinstallatie verwijdert het sulfide uit het biogas en hierdoor ontstaat een elementaire zwavelstroom dat momenteel een afvalproduct is. Dit project onderzoekt de mogelijkheid om deze biologische zwavelstroom weer om te zetten naar zwavelzuur. Dit zwavelzuur kan dan hergebruikt worden in de (biologische) landbouw. Hierdoor ontstaat een circulaire kringloop van zwavel binnen de landbouw.
De voordelen van dit proces zijn: (1) duurzame circulaire landbouw; (2) vermindering van het gebruik van zwavel uit fossiele bronnen zoals aardgas en olie; (3) De verwerking van een afvalproduct (kosten) naar een hernieuwbare grondstof (baten).
Met laboratoriumonderzoek worden de eigenschappen van het elementaire zwavelmengsel uit de biogasontzwavelingsinstallaties vastgesteld. Deze eigenschappen zijn o.a. de zuiverheid, de verbrandingswarmte en analyse van het niet-zwavel gedeelte. Aan de hand van de eigenschappen van deze zwavelstroom wordt een basisproces ontworpen dat de grondslag vormt voor fabriek of proces waarbij het biologische elementaire zwavel omgezet kan worden naar zwavelzuur. De uiteindelijke productie van biologische zwavelzuur stimuleert de circulaire economie binnen de voor Nederland belangrijke landbouwsector. Hierdoor kan het biologische zwavelzuur concurreren met fossiel zwavelzuur.