3 BUSINESS MODEL OPEN ALGENVIJVER
5.4 Oogstefficiency van de coalescer
Bij de ACRRES pilot is ook gekeken naar de concentratiefactor die in de coalescer bereikt wordt, hiervoor zijn de oogstgegevens van de periode juni tot december 2012 gebruikt. De geoogste hoeveelheid droge stof is hiertoe vergeleken met de dichtheid van de algencultuur in de vijver. De gegevens zijn uitgerekend voor die dagen dat alle benodigde data beschikbaar is, in Figuur 25. Vanuit de gemeten oogsthoeveelheden uit de 2e helft van 2012 en de dichtheid van de vijversop dat moment is gekeken met welke factor de coalescer de algencultuur die dag heeft geconcentreerd. In de grafiek zij de dagen ingedeeld naar concentratiefactor zijn de resultaten samengevat. Over het algemeen wordt in de coalescer de algencultuur met een factor 2-5 ingedikt.
Figuur 25. Vanuit de gemeten oogsthoeveelheden uit de 2e helft van 2012 en de dichtheid van de vijversop dat
moment is gekeken met welke factor de coalescer de algencultuur die dag heeft geconcentreerd. In de grafiek zij de dagen ingedeeld naar concentratiefactor en is het aantal keer dat deze categorie voorkwam weergegeven op de Y-as
Percen tage uitgevlokte algen
Naast de geoogste algenslurry zijn ook monsters genomen van de ingaande en uitgaande algencultuur, vlak voor en vlak na de coalescer. Met behulp van deze monsters is het theoretisch mogelijk om de efficiency van flocculatie te bepalen; de hoeveelheid neergeslagen algen als fractie van de totale hoeveelheid algen die door de coalescer is gegaan. In de praktijk bleek die bepaling niet mogelijk, omdat de meetfouten bij de analyse groter zijn dan het verschil in dichtheid tussen de ingaande en uitgaande stroom.
Vervolgens is getracht om middels een berekening een extra indicatie te krijgen van dit percentage. Hiervoor is gebruik gemaakt van oogstgegevens uit de ACRRES pilot opstelling van de periode juni tot december 2012. Het geoogste percentage algen is berekend als percentage van de totale hoeveelheid biomassa die in de oogstperiode door de coalescer is gestroomd met behulp van onderstaande formule.
% 3 ∗ 3 ∗ 0 2 4 6 8 10 12
Concentratiefactor bereikt in de coalescer
BinnenvijverIn Figuur 26 is een overzicht te vinden van de resultaten onderverdeeld naar vijver en in categorieën van efficiency. Zo is bijvoorbeeld heeft de oogst van de binnenvijver 9 keer een oogstefficiency van 1 tot 2% gehad. In de grafiek is duidelijk terug te zien dat in de coalescer 0-5% van de aangevoerde algen bezinkt.
Figuur 26. Per oogstmoment van 2012 is berekend percentage van de algen dat uitgevlokt is in de coalescer, vervolgens is een onderverdeling gemaakt in categorieën naar percentage uitgevlokte algen. In de grafiek is op de Y-as te zien hoe vaak een oogstmoment binnen elke categorie viel
Ener gi ebespar ing door gebru ik te ma ken van een coa le scer
Algenoogst met een coalescer heeft als grootste nadeel dat de hoeveelheid geoogste algen nauwelijks meer gestuurd kan worden, deze wordt namelijk afhankelijk van het de onvoorspelbare natuurlijke neiging tot flocculatie van de algencultuur. Natuurlijke flocculatie is van een hoop factoren afhankelijk, zoals bijvoorbeeld: de algensoort, de dichtheid van de algencultuur, de omgevingstemperatuur, licht, en zuurtegraad. Het belangrijkste argument voor de keuze van flocculatie in een coalescer als oogstmethode is dat deze methode energiezuiniger wordt ingeschat dan andere methodes. Bij nagaan blijkt in de afgelopen periode niet altijd het geval.
Met coalescer:
De pomp heeft een verbruik van 0,6 kW en draait 24 uur per dag. Voor een indikkingfactor van 2 à 5 keer is dus een energie input van 14,4 kWh nodig. De 1000 liter ingedikte slurry kan vervolgens in 1,5 uur verwerkt worden door de centrifuge, daarbij wordt 4,5 kWh aan elektriciteit gebruikt. Het totale verbruik komt daarmee op 18,9 kWh.
Zonder coalescer:
Om dezelfde hoeveelheid algen te oogsten zonder vooraf in de coalescer te verdikken zal een 2 tot 5 keer groter volume gecentrifugeerd moeten worden. Dit zou betekenen dat de centrifuge 2 tot 5 keer langer in gebruik is, daarmee komt het totaal verbruik op 3 tot 7,5 uur keer 3 kWh = 9 tot 22,5 kWh.
In de onderstaande grafiek zijn is de benodigde energie berekend afhankelijk van de indikkingsfactor in de centrifuge, vanaf een factor 4 indikking is het gebruik van de coalescer energetisch voordeliger.
0 5 10 15 20
Oogstpercentage
BinnenvijverFiguur 27. Berekend energieverbruik bij oogst met en zonder coalescer als functie van de indikkingsfactor die in de coalescer behaald wordt
Dat de coalescer in de afgelopen periode geen energetisch voordeel heeft opgeleverd komt mogelijk omdat de productie van algen lager is geweest dan waarvoor de oogstinstallatie is ontworpen. Uitgaande van een gelijke hoeveelheid algengroei en algenoogst zorgt de lagere productie, veroorzaakt door het niet of beperkt toevoegen van CO2, immers voor een kleinere oogst. In de toekomst zal de CO2 toediening
verhoogd worden waardoor naar verwachting de oogst zal stijgen, waarschijnlijk stijgt de oogst sterker dan de dichtheid van de algencultuur en neemt daarmee de efficiency van de coalescer toe.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 Energieverbruik (kWh) Indikkingsfactor in de coalescer
Energieverbruik voor de oogst
Met coalescer Zonder coalescer6
Referenties
1. Fallowfield, H.J. and M.K. Garrett, The photosynthetic treatment of pig slurry in temperate climate conditions - a pilot-plant study. Agricultural Wastes, 1985. 12(2): p. 111-136.
2. Mulbry, W., et al., Treatment of dairy manure effluent using freshwater algae: Algal productivity and recovery of manure nutrients using pilot-scale algal turf scrubbers. Bioresource Technology, 2008. 99(17): p. 8137-8142.
3. Wang, L., et al., Anaerobic digested dairy manure as a nutrient supplement for cultivation of oil-rich green microalgae Chlorella sp. Bioresource Technology, 2010. 101(8): p. 2623-2628.
4. Ono, E. and J.L. Cuello. Selection of optimal microalgae species for CO2 sequestration in SECOND
ANNUAL CONFERENCE ON Carbon Sequestration. 2003. Alexandira, VA, USA.
5. Weissman, J.C., R.P. Goebel, and J.R. Benemann, Photobioreactor design: Mixing, carbon utilization, and oxygen accumulation. Biotechnology and Bioengineering, 1988. 31(4): p. 336-344.
6. Chisti, Y., Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances, 2007. 25(3): p. 294-306. 7. Andersen, R.A., Algal Culturing Techniques2005: Academic Press.
8. Olaizola, M., E. Duerr, and D. Freeman, Effect of CO2 enhancement in an outdoor algal production
system usingTetraselmis. 1991. 3(4): p. 363-366.
9. Chinnasamy, S., et al., Biomass Production Potential of a Wastewater Alga Chlorella vulgaris ARC 1 under Elevated Levels of CO2 and Temperature. International Journal of Molecular Sciences, 2009. 10(2): p.
518-532.
10. Lefebvre, S., et al., Outdoor phytoplankton continuous culture in a marine fish-phytoplankton-bivalve integrated system: combined effects of dilution rate and ambient conditions on growth rate, biomass and nutrient cycling. Aquaculture, 2004. 240(1-4): p. 211-231.
11. Kamermans, P., et al., Zeeuwse Tong Deelproject 8: Binnendijkse schelpdierkweek, 2009, Imares. 12. Liang, Y., N. Sarkany, and Y. Cui, Biomass and lipid productivities of Chlorella vulgaris under autotrophic, heterotrophic and mixotrophic growth conditions. Biotechnology letters, 2009. 31(7): p. 1043- 1049.
13. Norsker, N.H., et al., Microalgal production - A close look at the economics. Biotechnology Advances, 2011. 29(1): p. 24-27.
14. Vertregt, N. and F.W.T. Penning de Vries, A rapid method for determining the efficiency of biosynthesis of plant biomass. Journal of Theoretical Biology, 1987. 128(1): p. 109-119.
15. James, S.C. and V. Boriah, Modeling algae growth in an open-channel raceway. J Comput Biol, 2010. 17(7): p. 895-906.