Consortium pour démontrer l'azote pour les engrais à partir de biosolides à l'aide de l'énergie solaire thermique

Publié le17 décembre 202219 décembre 2022Auteur

Disposition du champ solaire de miroirs à installer près de la zone d'épandage actuelle pour fabriquer de l'azote pour les engrais à partir de biosolides - en utilisant l'énergie solaire thermique pour sécher les biosolides IMAGE@Ryan Shininger, Solar Dynamics

L'année prochaine, un consortium dirigé par American Infrastructure Holdings LLC qui comprend Solar Dynamics et Andritz Separation construira une installation pilote à Albuquerque, au Nouveau-Mexique, pour faire la démonstration d'une nouvelle technologie de séchoir pour produire des engrais granulaires à partir de biosolides qui seront alimentés par la chaleur solaire.

Les combustibles fossiles sont utilisés dans les méthodes actuelles de fabrication d'azote et de phosphate pour les engrais : ils sont utilisés pour extraire et broyer la roche phosphatée, ou pour brûler à des températures élevées pour faire réagir chimiquement l'azote de l'air dans le cadre du processus de fabrication d'engrais au nitrate d'ammonium.

Remplacer la chaleur des combustibles fossiles dans les processus industriels est l'une des prochaines grandes tâches mondiales. Un tiers des émissions qui déstabilisent notre climat proviennent de la chaleur industrielle fossile.

Solar Dynamics fournira le système solaire pour fournir de la chaleur au séchoir. L'entreprise a déjà été financée pour concevoir et simuler informatiquement le processus solaire, et est maintenant sur le point de construire un champ solaire qui intègre son système d'énergie solaire thermique avec un système de séchage alimenté par des biosolides de l'usine de traitement de récupération d'eau de la Albuquerque Bernalillo County Water Utility Authority. pour produire des granulés d'azote destinés à la vente commerciale comme engrais.

« À l'heure actuelle, environ 70 % des biosolides de cette usine sont appliqués sur le sol », a expliqué Ryan Shininger, ingénieur principal de Solar Dynamics. « Ce projet pilote utilise la moitié de ce qui est actuellement appliqué sur les terres. S'il réussit, nous doublerons notre usine pour traiter les biosolides restants afin qu'ils n'épandent plus du tout de biosolides sur les terres.

Actuellement, seulement 30 % des biosolides sont recyclés - mélangés à des copeaux de bois et à d'autres matières organiques pour être vendus comme compost aux fermes locales, parcs, terrains de balle et autres zones paysagères, ou à l'amélioration des sols pour assainir les terres perturbées. Il est évidemment absurde que les États-Unis importent plus de la moitié de l'azote utilisé dans les engrais tout en jetant des biosolides riches en azote, en phosphore et en micronutriments.

Il y a une valeur à recycler les biosolides en tant qu'engrais granulaire au lieu de les éliminer sur le sol. Les biosolides, composés à 80 % d'eau, sont parfois transportés à des centaines de kilomètres et déversés dans des décharges ou enfouis dans le sol. Ce processus d'élimination est conforme aux lois environnementales fédérales et à la plupart des États, mais il n'est pas optimal sur le plan environnemental.

Un procédé solaire thermique créera des pastilles d'azote à partir de déchets biosolides IMAGE@Ryan Shininger, Solar Dynamics

Bien que ce ne soit pas le cas à Albuquerque, à certains endroits, l'épandage peut entraîner le ruissellement des nutriments vers les cours d'eau locaux et la percolation dans les eaux souterraines. Plus important encore, l'enfouissement des biosolides génère des gaz à effet de serre : méthane, CO2 et NOx.

"Dans de nombreux endroits", a-t-il souligné, "même si les biosolides bruts sont épandus sur les terres pour faire pousser des cultures, cela reste une stratégie d'élimination qui, si elle est mal gérée, peut entraîner l'ajout simultané de trop d'azote et de phosphore. Les plantes en utilisent, mais le reste est gaspillé. Lorsque les nutriments se retrouvent dans les cours d'eau, ils peuvent créer des "zones mortes" sans oxygène où rien ne peut vivre.

Il y a aussi des avantages géopolitiques. Compte tenu des chocs récents sur le marché mondial de ces engrais minéraux qui sont cruciaux pour la production alimentaire, leur recyclage à partir de biosolides municipaux au niveau national réduit la dépendance à l'égard des importations de sources potentiellement instables à l'étranger.

"Cependant, c'est un problème antérieur à la guerre en Ukraine", a noté Shininger. "Le gouvernement américain a déjà des initiatives pour essayer d'augmenter la quantité de production nationale d'engrais. À l'heure actuelle, plus de 50% des engrais utilisés aux États-Unis sont importés, et la plupart sont importés de Chine ou de Russie. Mais évidemment, la guerre a mis un stress supplémentaire sur le système."

Le champ solaire de capteurs cylindro-paraboliques et de stockage d'énergie thermique de Solar Dynamics se connecterait à un séchoir commercial qui a été adapté pour chauffer l'air dans le séchoir avec de l'eau chaude provenant du champ solaire.

Un champ solaire de collecteurs cylindro-paraboliques SunBeamTM de Solar Dynamics fournira l'énergie thermique pour le séchoir

Cette chaleur, qui proviendrait normalement du gaz naturel, serait plutôt générée par la lumière solaire réfléchie par un champ solaire de collecteurs cylindro-paraboliques SunBeamTM de Solar Dynamics qui chaufferont l'eau à 200°C. La performance des capteurs solaires sera prouvée par l'installation pilote.

Le projet représentera la première installation commerciale du collecteur Solar Dynamics SunBeam. Solar Dynamics a reçu un financement du Bureau de la technologie de l'énergie solaire du Département américain de l'énergie (DOE) pour aider à soutenir la démonstration de la technologie solaire qui a été développée en partie grâce au financement du DOE.

Le stockage de l'énergie thermique prolongera les opérations du séchoir au-delà des heures de journée, permettant une plus grande utilisation du séchoir et une économie globale améliorée. Cette énergie solaire stockée atténuera également les conditions nuageuses intermittentes et stabilisera la température relativement facilement atteinte.

Le réservoir disponible dans le commerce utilisé dans l'industrie du GPL mesure environ 40 mètres de long sur environ 3 m de diamètre et fonctionne comme une thermocline utilisant des chicanes internes pour amener l'eau chaude à l'usine afin de chauffer le séchoir. L'eau froide est renvoyée vers le champ solaire pour être réchauffée. La thermocline n'a pas besoin de fonctionner parfaitement pour que le système fonctionne. Une certaine quantité de mélange n'est pas un problème dans ce cas en raison de la flexibilité du sécheur de biosolides. C'est très différent d'une centrale électrique.

Bien que l'installation soit un pilote à échelle réduite, elle est structurée pour fonctionner commercialement pendant au moins 20 ans. Le projet nécessitera une prise de participation pour financer la construction du séchoir et du système de mélange d'engrais. L'investissement privé sera remboursé par une combinaison de redevances de déversement de biosolides et de ventes d'engrais.

"Solar Dynamics n'a pas beaucoup d'implication de ce côté", a déclaré Shininger. « Notre partenaire, American Infrastructure Holdings, est responsable de la levée de fonds propres et de la contraction des ventes d'engrais. Les ventes d'engrais sont un peu plus difficiles car le marché des engrais repose en grande partie sur les prix au comptant. Ce n'est donc pas la même chose que d'obtenir un contrat de 25 ans contrat d'électricité pour CSP où vous savez exactement ce que vous serez payé pendant cette période."

Environ 2 % seulement de tous les biosolides générés aux États-Unis sont utilisés comme engrais. Le marché ne fait que commencer et ce projet d'Albuquerque est le premier du pays à intégrer l'énergie solaire thermique au séchage des biosolides pour fabriquer un engrais commercial. "Nous voyons de nombreuses opportunités à travers le pays et dans le monde pour appliquer ce processus", a déclaré Shininger, "Nous sommes donc impatients de le prouver dans notre pilote et son adoption rapide à travers les États-Unis."

Une fois éprouvé, ce procédé solaire pourrait devenir la technologie par défaut pour la fabrication d'engrais zéro émission. Les engrais à base de biosolides aideront à stabiliser les prix récemment gonflés de l'azote et à les maintenir stables à l'avenir. De plus, l'augmentation des approvisionnements nationaux en engrais soutient une balance commerciale saine et contribue à assurer la sécurité alimentaire.

"Franchement, il est difficile de voir pourquoi nous ne l'avons pas déjà fait étant donné les avantages économiques, environnementaux et sociaux clairs de la production d'engrais à base de biosolides à énergie solaire", a déclaré Shininger, "et une grande partie de la réduction potentielle du carbone repose sur le succès de ce pilote."

Tâches SolarPACES :TÂCHE IV Intégration de la chaleur solaire dans les processus industriels

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