Rapportage Demonstratie vergisting van meststoffen met cosubstraten. propstroominstallatie

Transcriptie

1 Rapportage Demonstratie vergisting van meststoffen met cosubstraten middels innovatieve propstroominstallatie Aan dit project is in het kader van het Besluit Milieusubsidies, Subsidieregeling milieugerichte technologie een subsidie verleend uit het programma Reductie Overige Broeikasgassen 2004 dat gefinancierd wordt door het Ministerie van Volkshuisvesting, Ruimtelijke Ordening en Milieubeheer, SenterNovem beheert deze regeling. Projectnummer

2 VERKORTE SAMENVATTING De doelstelling van het project was om een positieve bijdrage te leveren aan de reductie van het broeikaseffect door de vergisting van meststoffen met co-substraten middels de demonstratie van een innovatieve propstroominstallatie. Het project is geslaagd en er is bewezen dat deze nieuwe coöperatie van jonge boeren is staat is geweest om het project tot een succes te maken. Cleanergy heeft gedurende dit project een systeem gerealiseerd dat van de beste eigenschappen van diverse procesuitvoeringen gebruik maakt. Het project heeft geresulteerd in een unieke mestvergister met een capaciteit van ton per jaar. De directe reductie ten gevolge van verkorte duur mestopslag bedraagt voor dit project kg CO2-equivalenten per jaar. De indirecte reductie bedraagt tot kg CO2-equivalenten per jaar. De totale reductie op project niveau is ton CO2-equivalenten per jaar tot CO2-equivalenten per jaar. Het TEWI potentieel in 2010 bedraagt 0,3 Mton. The goal of this project was to contribute to the reduction of the greenhouse effect by the digestion of manure with co-substrates by way of an innovative installation. The project is successful and it proves that this new corporation of young farmers was capable to accomplish this project with excellent results. Cleanergy realized during this project a system that uses the best properties of other processes. The project resulted in a unique manure-fermentor with a capacity of 36,000 tons each year. The direct reduction because of shortened manure storage for this project is kg CO2- equivalents each year. The direct reduction is till kg CO2-equivalents each year. The total reduction for this project is ton CO2-equivalents till CO2-equivalents each year. The TEWI potential in 2010 is 0.3 Mton. TREFWOORDEN Mestvergisting, co-vergisting, propstroominstallatie, mest, co-substraten, methaanemissie Manure fermentation, co-fermentation, installation, manure, co-substrates, methane emission 2

3 INHOUDSOPGAVE 1 Inleiding Aanleiding en probleemstelling Doelstelling Samenwerking met derden Overzicht van indeling rapport 5 2 Beschrijving van de duurzame technologie Propstroomvergister Continu gemengde reactoren Vergisting Cleanergy Voordelen vergisting Cleanergy 8 3 Opzet van het project 10 4 Beschrijving van de resultaten van het project Beschrijving van de resultaten Milieuaspecten Toepasbaarheid Economische aspecten Vervolgacties 17 5 Samenvatting en conclusies 18 3

4 1 Inleiding 1.1 Aanleiding en probleemstelling Nederland heeft als doelstelling om 6% reductie van de uitstoot van broeikasgassen te bewerkstelligen, over de periode ten opzichte van Deze broeikasgassen zijn, zoals vastgelegd in het Kyoto protocol koolstofdioxide (CO 2 ), methaan (CH 4 ), lachgas (N 2 O) en een aantal fluorverbindingen (HFK s, PFK s en SF 6 ). Mestvergisting is één van de belangrijkste opties om deze emissies (met name die van methaan) terug te dringen. Bij mestvergisting wordt middels een biologisch omzettingsproces de in mest aanwezige organische stof onder zuurstofloze omstandigheden omgezet. Hierbij komen methaan en koolstofdioxide vrij als gasvormige vergistingproducten, als mengsel beter bekend als biogas. Dit biogas dat 60 tot 65 % methaan bevat, kan vervolgens middels een warmtekrachtkoppelingsinstallatie (WKK) worden omgezet in elektriciteit en warmte. Mestvergisting is een techniek die in Nederland langzaam van de grond aan het komen is. Echter, in Denemarken en Duitsland is ruime ervaring met deze techniek. In Denemarken met name door grootschalige vergisters (capaciteiten tot ruim over de 100 kton/jaar). In Duitsland met bijna 2000 boederijschaal vergisters. Sinds 2000 zijn er in Nederland enkele mest vergistinginstallaties op boerderijschaal in bedrijf. Daarnaast is er één grootschaliger ( ton/jaar) biomassa vergistingsbedrijf de Scharlebelt. Dit was het meest geavanceerde co-vergisitingsproject van Nederland. De Scharlebelt gaat uit van een CSTR installatie (continious stired tank reactor). Het grote nadeel van deze installatie is dat de complete installatie om de twee à 3 jaar volledig stil gelegd moet worden in verband met het verwijderen van zand. 1.2 Doelstelling Een van de doelstellingen van dit project is een positieve bijdrage te leveren aan het broeikaseffect door: Besparing van fossiele brandstoffen Het voorkomen van methaan emissies uit stallen en mestopslagen Het verminderen van de inzet van kunstmest Een tweede doelstelling is het demonstreren van een innovatief anaeroob vergistingsysteem dat enerzijds een verbeterde omzetting van biomassa naar biogas bewerkstelligt en anderzijds een dermate gunstige proceseigenschappen bezit waardoor het mogelijk is om biomassa te verwerken die in andere systemen niet te verwerken is vanwege drijf en/of bezinkende eigenschappen (zand). Deze doelstellingen moeten gerealiseerd worden door de vergisting van meststoffen met cosubstraten middels een innovatieve propstroominstallatie. 1.3 Samenwerking met derden Cleanergy heeft gedurende het project samengewerkt met diverse partijen. De belangrijkste samenwerking betrof die met Certified Energy B.V. (Nederlandse divisie Schmack Biogas AG). Certified Energy heeft de biogas installatie geleverd, geïnstalleerd en opgestart. Gedurende een intensieve samenwerking is de uiteindelijke installatie gerealiseerd. Schmack biogas is een bedrijf met meer dan 200 medewerkers dat in Duitsland 250 installaties heeft gebouwd en marktleider is op het gebied van agri gerelateerde biogasinstallaties. 4

5 1.4 Overzicht van indeling rapport Dit rapport is onderverdeeld in diverse hoofdstukken. In hoofdstuk 1 wordt ingegaan op onder andere de achtergronden en doelstellingen van dit project. In hoofdstuk 2 wordt uitgebreid ingegaan op de technologie en wordt het hele proces nader omschreven. In hoofdstuk 3 worden de diverse fasen in het project nader toegelicht. In hoofdstuk 4 worden de resultaten van het project weergegeven. Tevens worden in dit hoofdstuk onder andere de milieuaspecten en de toepasbaarheid nader toegelicht. Vervolgens wordt er een uitgebreide samenvatting en conclusies weergegeven. 5

6 2 Beschrijving van de duurzame technologie Bij mestvergisting wordt middels een biologisch omzettingsproces de in mest aanwezige organische stof onder zuurstofloze omstandigheden omgezet. Hierbij komen methaan en koolstofdioxide vrij als gasvormige vergistingproducten, als mengsel beter bekend als biogas. Dit biogas dat 60 tot 65 % methaan bevat, kan vervolgens middels een WKK-installatie worden omgezet in elektriciteit en warmte. Er bestaan verschillende systemen om mest te vergisten. 2.1 Propstroomvergister Bij een propstroomvergister wordt dagelijks substraat toe- en afgevoerd, waarbij een goed stromingspatroon van het substraat wordt nagestreefd, zodanig dat verse, toegevoegde mest een lange verblijftijd in de vergister heeft, zonder dat er vermenging met de oudere (reeds aanwezige) mest optreedt. Een propstroomvergister geeft een hoge omzetting van het organische materiaal en het proces is continu. De mest en co-substraten doorstromen de vergister in horizontale richting. Het propstroom systeem kent een aantal voor- en nadelen: Voordelen: Hoge droge stof belasting mogelijk Weinig energie nodig voor menging Alle mest blijft gedurende de hele periode in de reactor Nadelen: Het ontstaan van drijf- en/of bezinklagen Duur systeem 2.2 Continu gemengde reactoren Voor dunnere mest (mest met een lager drogestofgehalte), is een geroerde reactor een beter alternatief. Hierbij ontstaat een spreiding in de verblijftijd van de mest, waardoor een langere verblijftijd nodig is voor dezelfde totale omzetting. Voordelen van dit type reactor zijn: Een sterk verminderde kans op drijf- en bezinklagen Betere verspreiding van bacteriën Betere warmteverdeling Ontsnapping biogas uit het mengsel is makkelijker 2.3 Vergisting Cleanergy Cleanergy heeft gedurende dit project een systeem gerealiseerd dat van de beste eigenschappen van diverse procesuitvoeringen gebruik maakt. Een schematische tekening van het proces is bijgevoegd als bijlage 1. Ontvangst drijfmest: De varkens en rundveemest wordt middels tankwagens aangevoerd en in een tussen opslagsilo ingevoerd. Vanuit deze silo kan de mest via een voormengput in de vergister worden getransporteerd. 6

7 Ontvangst co-substraten: De pluimveemest en overige co-substraten zoals mais, gras en aardappels worden gelost in de opslaghal. Maandelijks worden monsters naar een laboratorium verstuurd waar een zogenaamde b.o.o.m. analyse wordt uitgevoerd. Deze analyse heeft betrekking op zware metalen. Tevens worden er iedere maand analyses m.b.t. voederwaarde en droge stof gehalten van de co-producten uitgevoerd. Een voorbeeld van zo n analyserapport is bijgevoegd als bijlage 2. In de loshal heerst een lichte onderdruk door afzuiging naar een biofilter. De tussenopslag staat door afzuiging, continue op onderdruk. De vrijkomende lucht met mogelijke geuremissies wordt verbrand in de warmte kracht koppeling. Menging: De hoeveelheid in te voeren droge biomassa wordt bepaald door het drogestofgehalte van de verschillende componenten en wordt vervolgens door middel van een doseersysteem in de voorvergister gebracht. Het doseersysteem bestaat uit een automatisch systeem gebaseerd op een walking floor principe die de droge biomassa naar de vergister transporteert. Voorvergisting: De voorvergisters (Euco vergisters) zijn horizontaal geroerde propstroom reactoren. Door gebruik te maken van deze vergisters wordt het mogelijk om biomassa stromen te verwerken met hoge drogestof gehaltes tot 20% en bezinkende en drijvende materialen. De Euco vergister is een liggende betonnen vergister van 5 x 5 x 16 meter met een inhoud van 400 m 3. In de Euco is een horizontaal roerwerk geplaatst wat continu zeer langzaam ronddraait. De peddels van het roerwerk reiken van de bodem tot het plafond van de reactor. De Euco is altijd maximaal gevuld. Dit betekend dat de reactor tot aan het plafond gevuld is met substraat. Hierdoor worden drijvende delen altijd volledig verzadigd met vocht en zullen gaan zweven in de vloeistof. Zwaardere dele in de aangevoerde biomassa zullen in de vloeistof uitzakken naar de bodem. Doordat er aan de peddels schrapers zijn gemonteerd wordt bezinksel naar het midden van de reactor gevoerd waar het via een zeer langzaam draaiende vijzel uit de Euco wordt verwijderd. De ingebouwde verwarming houdt de voorvergister op ca. 39 graden Celsius. Navergisting: De biomassa loopt door middel van een overloopprincipe van de voorvergisters naar de eerste navergister, vervolgens via een overloop principe na de tweede navergister en vanuit de tweede navergister na de derde navergister. De navergisters met een inhoud van elk 1750 m 3 zorgen voor de verdere vergisting van het materiaal. Met een voorgeschakelde Euco vergister verloopt het vergistings proces in meerdere fasen (voorvergisting en vervolgens navergisting waardoor hogere gasopbrengsten gegarandeerd zijn. De totale verblijftijd van de biomassa is ongeveer 40 dagen. Doordat drijvende delen achterblijven en compleet worden afgebroken alvorens verder te kunnen worden getransporteerd, en de bezinkbare delen separaat worden afgevoerd, is de biomassa die in de navergister ingevoerd wordt relatief laag in droge stof. Hierdoor is met weinig roerenergie te homogeniseren. De temperatuur wordt ook hier op 39 graden Celsius gehouden. Biogas: Het biogas wat uiteindelijk ontstaat wordt opgevangen in meerdere gasopslagen die zich boven de navergister bevinden. Hierin vindt ook de biologische ontzwaveling plaats door toevoeging van een kleine hoeveelheid zuurstof. Het zwavelwaterstofgas is een schadelijk gas voor het milieu. Tevens tast dit gas de motor aan. Door de toevoeging van zuurstof wordt dit gas omgezet in zwavel wat vervolgens met het digistaat (uitgegiste biomassa) als nutriënten wordt afgevoerd. Het ontzwavelde biogas gaat naar de gaskoeler en wordt ontdaan van waterdamp. Het condensaat wordt in de eindopslag gepompt. Dit wordt gedaan om corrosie van de WKK te voorkomen. Het schone biogas wordt via een blower naar de WKK gepompt. 7

8 WKK: In de WKK wordt het gezuiverde biogas vervolgens omgezet in duurzame energie. Deze WKK met een elektrische output van 1064 kw e heeft een elektrisch rendement van 40,8% op biogas met een methaan gehalte van 64%. De opgewekte elektriciteit zal voor een gedeelte (8%) gebruikt worden voor de werking van de installatie terwijl het overgrote deel op het elektriciteitsnet als groene stroom zal worden afgezet. De warmte die ontstaat in de WKK wordt voor een deel worden gebruikt voor de verwarming van de vergisters en het bedrijfspand en wordt tevens gebruik voor de hygiënisatie van het digestaat. Bij stilstand van de WKK of bij overproductie van biogas wordt het gas verbrand met behulp van een fakkel. Dit gebeurt alleen in noodsituaties. Substraat: Het substraat uit de vergister wordt verpompt via de hygienisatie tank (de mest wordt gedurende minimaal 1 uur gepasteuriseerd bij een temperatuur van minimaal 70 graden Celsius, dit gebeurt met de restwarmte van het vergistingsproces) naar een scheider. In de scheider vindt mechanische scheiding middels een vijzelpers plaats in een vaste en vloeibare fractie. Aangezien er kippenmest als co-substraat toevoegt wordt bevat het digistaat een stikstof fosfaat verhouding die moeilijk afzetbaar is in de landbouw. Door het verwijderen van vaste delen die voornamelijk fosfaat bevatten ontstaan twee goed afzetbare fracties over: Vaste fractie die afzetbaar is als zeer humusrijke fosfaatbemesting met geleidelijke mineralen afgifte aan de bodem Vloeibare fractie die door een snelle afgifte van nutriënten in de juiste verhouding prima inzetbaar is als voorjaarsbemesting en de bemesting van grasland. De vaste fractie wordt opgeslagen in een container voor vrachtvervoer. De vloeibare fractie wordt verpompt naar opslagtank. De bewerkingshal waar de container met de vaste fractie staat wordt op lichte onderdruk gehouden. Dit ter voorkoming van geur en emissies. De eindopslagtanks staan continue op onderdruk door afzuiging van de bovenstaande lucht. De eventueel vrijkomende geuremissie wordt voorkomen door deze lucht als aanzuiglucht te gebruiken in de WKK. 2.4 Voordelen vergisting Cleanergy Door gebruik te maken van de Euco vergister kunnen er producten verwerkt worden met: Hoge drogestof gehaltes (de ruimte belasting kan verdubbeld worden) Sterk drijvende eigenschappen Sterk zinkende eigenschappen. Dit in tegenstelling tot de conventionele vergisters. De in Nederland gangbare vergistingsinstallaties (slechts enkele), gaan uit van een vergistingstank met een roerwerk, waarbij het te vergisten materiaal via toe- en afvoerleidingen wordt aan- en afgevoerd. Nadeel van dit systeem is dat niet al het materiaal even lang in de reactor verblijft. Hierdoor zal een deel van het materiaal niet volledig vergisten. Een propstroomvergister heeft de vorm van een grote buis. Het te vergisten materiaal beweegt in de volledige vergistingsperiode van de ingangszijde naar de uitgangszijde. Hierdoor staat vast dat al het materiaal de volledige tijd in de vergister aanwezig is en daardoor volledig vergist wordt. Een ander voordeel is de wijze van zandafscheiding. In de conventionele situatie moet het vergistingsproces eens per twee à drie jaar volledig stil gelegd worden zodat het zand uit de tank verwijderd kan worden. Gedurende het verwijderen van het sediment treden er emissies van methaan en geur op naar de omgeving, is er mindere opbrengst door stilstand en opstart van het proces en gaat het om kostbaar en vuil werk. 8

9 Daarnaast wordt er door extra droging middels geforceerde koeling de kwaliteit van het biogas verhoogd. Hierdoor wordt niet alleen de levensduur van de biogasmotor verlengd en worden er schonere gassen geproduceerd maar wordt tevens een hogere (2,3%) elektriciteitsproductie bereikt Overige voordelen van de Euco zijn onder andere: Laag stroomverbruik van de roerwerken Geen bezinking van vaste delen in de na-vergisters Verwerking van biomassa stromen met hoge droge stof gehalten is mogelijk 9

10 3 Opzet van het project Fase Taak Taakomschrijving I Vergunningen aanvragen 1 Milieuvergunning 2 Bouwvergunning II Realisatie van de installatie 1 Grondwerkzaamheden 2 Bouw installatie 3 Opstart installatie 4 Optimalisatie installatie 5 Analyse monitoring III IV Demonstratie Eindrapportage Vergunningen aanvragen Tijdens deze fase zijn de milieu- en bouw vergunning aangevraagd. Tevens heeft er controle van de vergunning plaats gevonden en zijn er aanpassingen aan de vergunning aanvragen uitgevoerd. Uiteindelijk zijn de vergunningen verleend. Realisatie van de installatie Gedurende deze fase heeft de totale realisatie van de installatie plaats gevonden. Hierbij moet in eerste instantie gedacht worden aan diverse grondwerkzaamheden om het terrein bouw klaar te maken. Vervolgens de bouw van het bedrijfspand en de installatie. Gedurende de fase is de installatie in gebruik genomen en geoptimaliseerd. Na de optimalisatie is de installatie werkelijk in gebruik genomen worden. Demonstratie Gedurende deze fase zijn diverse demonstraties verzorgd voor diverse groepen die belangstelling hebben voor het project. Eindrapportage Gedurende deze fase is een eindrapportage over het project geschreven. 10

11 4 Beschrijving van de resultaten van het project 4.1 Beschrijving van de resultaten Het project heeft geresulteerd in een unieke mestvergister met een capaciteit van ton per jaar. De vergister verwerkt jaarlijks ton varkensmest en ton rundveedrijfmest. De overige ton bestaat uit pluimveemest, natuurgras, maïs, aardappelen en granen. Maïs is een geteeld product, de overige producten zijn restproducten. Iedere dag wordt er 100 ton in de vergister gebracht. Daarvan is 20 ton droog product (kippenmest en mais) en 80 ton runder- en varkensmest. Overigens zorgt de runder- en varkensmest slecht voor 20 procent van de totale gasproductie en zijn de kippenmest, gras en mais samen goed voor de resterende gasproductie. De diverse biomassastromen worden vers aangeleverd aan de installatie om te voorkomen dat er emissies van methaan en lachgas kunnen ontstaan. De varkens- en rundveemest worden aangeleverd binnen een straal van 10 km rondom de installatie. De kippenmest wordt aangeleverd binnen een staal van 30 km. De gezamenlijke hoeveelheid mest die de leden produceren is groter dan er in de installatie verwerkt kan worden. Vanwege deze overtekening kan men juist de mest uit de stallen kiezen die het meest vers is. Voor de aanvoer van mest hebben de leden met een groen label stal de voorkeur. Deze verse mest geeft meer biogas gedurende het vergistingsproces en emissies naar de buitenlucht worden door de korte opslagtijd gereduceerd. Tevens hebben de leden er baat bij dat er zoveel mogelijk verse mest aangeleverd wordt waardoor er meer biogas ontstaat. De aangeleverde mest mag maximaal 2 maanden oud zijn. Er is een ophaalschema opgesteld zodat de boeren weten waneer ze wat moeten leveren. Tevens is er een ophaalschema met een plattegrond per bedrijf waar het puttenplan opstaat zodat de desbetreffende medewerker exact weet waar geladen moet worden. Een ophaalschema en plattegrond zijn bijgevoegd als bijlage 3 en 4. Als co-producten worden producten van de positieve lijst gebruikt. De mest en de droge producten worden in de juiste verhouding in twee zogeheten propvergisters met een inhoud van ieder 400 m 3 gebracht. De juiste verhouding wordt bepaald aan de hand van het droge stof gehalte. Dit wordt drie keer per week gemeten met behulp van een droge stof meter. De getallen worden bijgehouden op lijsten. Een voorbeeld van een droge stof analyse is bijgevoegd als bijlage 5. Tevens worden droge stof analyses en stikstof analyses uitgevoerd in laboratoria. Voorbeelden van deze uitslagen zijn bijgevoegd in bijlage 6 en 7. Het droge stof gehalte dat in de vergister gaat is circa 25%. Gedurende twee weken blijft de mest in deze vergisters, waarbij de helft van de totale gasproductie vrijkomt. Op het moment dat de mest uit deze vergister komt is het droge stof gehalte circa 18%. De andere helft van de gasproductie komt in de navergisters vrij. Daar blijft de mest zeven à acht weken. Cleanergy heeft vier navergisters met elk m 3 bruto inhoud. Iedere navergister wordt met m 3 mest gevuld. Om het vergistingsproces op gang te brengen, is bij de start geënt met bacteriën uit een andere vergister. Zowel de voorvergisters als de vergisters worden continu op een temperatuur van 39 graden Celcius gehouden. Dit is de optimale temperatuur om de biomassa af te breken. Het heeft ruim tien maanden geduurd voordat een optimale gasproductie gerealiseerd kon worden. Bij het proces komt energie vrij in de vorm van elektriciteit en warmte. 40% van deze energie komt vrij in de vorm van elektriciteit. De overige 60% is warmte. Een kwart van deze warmte wordt gebruikt om de installatie op temperatuur te houden. De overige warmte wordt momenteel via de lucht afgevoerd. Uit een quick scan blijkt dat het mogelijk is om deze warmte te gebruiken als verwarming voor andere bedrijven op het nabij gelegen bedrijventerrein. In de toekomst gaat er gekeken worden naar een bedrijf dat zich zou kunnen vestigen op het bedrijventerrein en gebruik kan maken van deze warmte. 11

12 Tevens wordt de warmte gebruikt worden om het eindproduct, het zogenaamde digestaat, te verwarmen tot 70 graden Celsius. Tijdens het verwarmen worden Salmonella en E. coli bacteriën evenals onkruiden in de mest gedood en door deze stap uit te voeren wordt de mest exportwaardig gemaakt. Iedere maand worden er monsters genomen om aan te tonen dat het digestaat Salmonella en E. coli vrij is. Een voorbeeld van een analyserapport is bijgevoegd als bijlage 8. Momenteel wordt de mest geëxporteerd naar Duitsland. Als alternatief kan ook een installatie voor ultrafiltratie en omgekeerde osmose worden gebouwd voor de totale verwerking van de mest. De stichting heeft hier een vergunning voor maar er vindt nu nog geen scheiding via ultrafiltratie en omgekeerde osmose plaats, in eerste instantie zal de mest geëxporteerd gaan worden aangezien er elders wisselende resultaten bereikt worden. De energieopwekking vindt plaats met een biogasmotor. Ieder uur wordt er ruim1000 kilowatt aan energie opgewekt. Gemiddeld wordt er per dag 24 à 25 megawatt aan energie opgewekt. Dagelijks worden diverse gegevens bijgehouden. Een voorbeeld van een dagstaat is bijgevoegd als bijlage 9. Een gemiddeld gezin verbruikt per jaar kilowatt aan elektriciteit. Dat betekent dat deze installatie in drie uur, energie voor een volledig huishouden produceert. Per jaar produceert de installatie elektriciteit voor tot gezinnen. Gedurende het project is gebleken dat de aanvoer en de kwaliteit van de te vergisten mest en cosubstraten erg belangrijk is. Wordt er niet op tijd geleverd dan valt het systeem stil waardoor de bacteriën in de vergisters dood gaan. Dit heeft tot gevolg dat er een herstel van twee tot drie dagen nodig is. Tijdens deze dagen kan er geen of geen optimale gasproductie plaats vinden. In de opstartfase zijn er o.a. problemen geweest met een vijzel. Elk probleem had tot gevolg dat er geen optimale productie gedraaid kon worden. Belangrijk aspect is dat de co-producten van voldoende kwaliteit zijn en niet verontreinigd zijn en geen schimmels bevatten. Daardoor is het op het moment niet aan te bevelen om bermgras te verwerken. Partijen bermgras bevatten allerlei verontreinigingen zoals flesjes en blikjes waardoor het absoluut niet rendabel is om bermgras te verwerken. Tevens is er gebleken dat de bacteriën in de vergister stoppen met het omzetten van producten in biogas als het stikstofgehalte in de vergisters te hoog wordt. Dit gebeurdt bij de aanvoer van te veel kippenmest. Het percentage stikstof in kippenmest is hoger dan bij andere mest. Hier dient tijdens het vullen van de vergisters rekening mee gehouden te worden. Gedurende het project zijn er veel onverklaarbare problemen geweest met de soft-ware. Deze problemen zijn telkens verholpen maar er kan geen verklaring gegeven worden voor deze problemen. Bij sommige co-producten viel de biogasproductie tegen waardoor uiteindelijk ook de financiële prestatie tegen viel. Tevens zijn de inkoopprijzen van co-producten ten opzichte van 2004/2005 enorm gestegen. Hierdoor wordt het uiteindelijke financiële resultaat lager dan in 2004 verwacht. 12

13 4.2 Milieuaspecten De totale methaanemissie in Nederland bedroeg in ,7 Mton CO 2 -equivalenten, terwijl de totale emissie van broeikasgassen in dat jaar 224,5Mton CO 2 -equivalenten bedroeg. Het aandeel van methaan in de totale broeikasgasemissie was daarmee in ,2%. De bijdrage van de landbouw in de totale emissie van broeikasgassen was ruim 10%, namelijk 23,0 Mton CO 2 - equivalenten. Het aandeel in de totale methaanemissie lag veel hoger, namelijk op 42%. De uitstoot van methaan bedroeg 8,7 Mton CO 2 -equivalenten. Het aandeel methaan in de totale uitstoot van broeikasgassen is dus relatief groot. Binnen de landbouw zijn twee belangrijke bronnen van methaanemissie aan te wijzen: Pensfermentatie bij herkauwers Methaanemissie uit mest In de landbouw draagt pensfermentatie het meeste bij aan de methaanemissie, namelijk 77% van de totale methaanemissie. De methaanemissie uit mest is 23%. De bijdrage van mestvergisitng aan de terugdringing van de uitstoot van broeikasgassen kunnen we verdelen in een directe en indirecte bijdrage: De directe bijdrage bestaat uit de terugdringing van de uitstoot van methaan. Bij mestvergisitng wordt het methaan dat op natuurlijke wijze in dierlijke mest ontstaat door afbraak van organische stof, opgevangen en verbrand. De indirecte bijdrage ontstaat door de vermijding van CO2-uitstoot voor de opwekking van elektriciteit uit niet duurzame bronnen. Tevens ontstaat tijdens de verbranding van methaan warmte. Deze warmte kan nuttig gebruikt wordt waardoor een besparing van bijvoorbeeld aardgas plaats vindt. Voor de berekening van de emissiereductie wordt gebruik gemaakt van de TEWI methodiek (Total Equivalent Warming Impact), een gestandaardiseerde methode voor het berekenen van de emissiereductie van broeikasgassen over de levenscyclus van een project zoals die gehanteerd wordt binnen het Reductieplan Overige Broeikasgassen. Het volledige overzicht van de installatiegegevens en de berekening van het reductiepotentieel is bijgevoegd als bijlage 10. Hieronder volgen de berekeningen. A. Directe reductie ten gevolge van verkorte duur mestopslag: A = 7.000*34 (rundveemest) *87 (varkensmest) *80 (pluimveemest) = kg CO2-equivalenten per jaar B. Indirecte reductie Energie-inhoud biogas bij methaangehalte biogas van 64%, ( 0,64 *39,8 MJ/m 3 methaan) = 25,5 MJ/ m 3 biogas De bruto elektriciteitsopbrengst in kwh voor de mestdoorzet bedraagt: ton/jaar * 25 m 3 /ton * 25,5 MJ/m 3 * 40,8/3,6 = kwh De bruto elektriciteitsopbrengst in kwh voor de co-materialen bedraagt: ton/jaar * 200 tot 500 m 3 /ton * 25,5 MJ/m 3 * 40,8/3,6 = tot kwh De totale bruto elektriciteitsopbrengst in kwh bedraagt: tot kwh 13

14 8% van deze energie wordt verbruikt door de installatie De totale netto elektriciteitsopbrengst in kwh bedraagt: tot kwh Indirecte reductie B = tot kg CO2-equivalenten per jaar C. Totale reductie op projectniveau ( ) / 1000 = ton CO2-equivalenten per jaar tot ( ) / 1000 = ton CO2-equivalenten per jaar D. TEWI potentieel in 2010 Aangenomen is dat in 2010 potentieel voor rundveemest voor soortgelijke installaties 3,5 miljoen ton is. Dit is de maximaal beschikbare hoeveelheid mest in Nederland. D = 2642 / ( * 3, ) = ton CO2-equivalenten per jaar = 0,3 Mton tot / ( * = ton ton CO2-equivalenten per jaar = 0,3 Mton 4.3 Toepasbaarheid De meest bekende toepassing van vergisting in Nederland is die van rioolwaterzuiveringsslib (RWZIslib), waarbij volume reductie en slibstabilisatie de belangrijkste eisen zijn. Naast slib zijn er echter vele andere stromen vergistbaar. Momenteel worden deze stromen op andere manieren verwerkt aangezien er in het verleden problemen ontstonden met drijf- en bezinklagen en slijtage door zand tijdens het vergisten. Stromen die vergist kunnen worden zijn: Mest co-vergisitng GFT ONF Swill Reststromen uit de voedings- en genotmiddelenindustrie (VGI) Bermgras Mest co-vergisting Locale mestoverschotten in Nederland leiden ertoe dat afvoer naar centrale mestopslagen noodzakelijk zijn voor snelle en effectieve benutting van mest in mestvragende gebieden. Het veelvuldig optreden van dierziekten en de hierop inspelende wetgevingen, vragen om hygiënisering (sanitatie) van mest in dit soort situaties. Thermische hygiënisering van mest kan uitstekend worden toegepast in combinatie met mest (co-) vergisting, waarbij de mest gedurende ten minste één uur op een temperatuur van 70 graden gehouden wordt. Dit kan gebeuren door gebruik te maken van het susplus aan warmte uit de vergister. Ook voor andere vee intensieve gebieden kan mestvergisting een economisch aantrekkelijk en milieuvriendelijke optie zijn. Gezien de mestproductie en het mestoverschot in Nederland, is het potentieel van (centrale) mestvergisting aanzienlijk. De in dit project gebruikte vergister is de eerste in zijn soort in Nederland en is tevens een voorbeeld voor initiatiefnemers op dit gebeid. Deze uitstraling hoeft niet te stoppen bij de landgrenzen, maar kan ook zijn uitwerking hebben op andere landen waaronder België, Frankrijk en Engeland. 14

15 GFT en ONF In Nederland wordt jaarlijks ongeveer drie Mton GFT-afval geproduceerd, waarvan 50% gescheiden ingezameld wordt. In 1999 werd kton van dit gescheiden ingezameld GFT-afval via composteren verwerkt. En slechts 72 kton in een tweetal vergisitingsinstallaties tot compost verwerkt. In het landelijk Afvalbeheerplan (LAP) komt naar voren dat het opwekken van energie uit GFT-afval in alle onderzochte opties voor gescheiden GFT-afval een lagere milieubelasting met zich meebrengt dan de huidige praktijk van composteren. Hiernaast is er een toenemende belangstelling voor de inzet van energiewinning uit GFT-afval. Deze belangstelling wordt onder andere veroorzaakt door onder meer de doelstellingen van de Nederlandse overheid omtrent duurzame energie en duurzaamheiddoelstellingen binnen gemeenten. Er is momenteel maar één GFT vergistingsinstallatie in Nederland operationeel. Daarnaast was er een vergister welke momenteel niet meer in bedrijf is vanwege technische problemen met de installatie. De installatie had veel last van slijtage door de aanwezigheid van zand in het GFT-afval. Naast specifiek vergisten van GFT-afval zijn er tevens vergisters van ONF in bedrijf. Deze installaties hebben ook diverse problemen met de zandfractie in de biomassa gekend. De Euco vergisters zijn tevens geschikt om GFT-afval en/of ONF te vergisten. Het in de praktijk aantonen dat biomassa stromen met hoge zand en bezinkbare fracties in een continue natte vergister te verwezenlijken zijn, moet een stimulans zijn om ook GFT-afval en/of ONF te gaan vergisten. Swill en reststromen uit de Voeding en Genotmiddelen Industrie In Europa zijn vrijwel geen vergisitingsinstallaties die gebouwd zijn voor de verwerking van swill. Meestal wordt een vergisitngsinstallatie gebouwd met als doel slib, GFT-afval of mest te vergisten, waarbij eventueel reststromen uit de voedings- en genotmiddelenindustrie (VGI) mee worden vergist. Er komt jaarlijks in totaal meer dan tien miljoen ton aan reststromen vrij uit de VGI. Deze reststroom staat gelijk aan een energetisch potentieel van 122 PJ. In het verleden werd 90% van deze reststromen gebruikt als grondstof voor diervoerder. De ingevoerde Europese verordening Gezondheidsvoorschriften voor dierlijke bijproducten niet bestemd voor de menselijke consumptie verbiedt dit voortaan. Dit houdt in dat voor de verwerking van swill een andere verwerkingsroute dan diervoeding gekozen zal moeten worden, Compostering lijkt gezien het lage droge stofgehalte van swill niet de meest aangewezen verwerkingstechnologie. Anaërobe vergisting is van groot belang voor vochtrijke reststromen uit de VGI. Dit aangezien de technologie werkt onder vochtige omstandigheden en het daarom niet nodig is de reststroom te drogen. Anaërobe vergisting is met name geschikt voor biomassastromen met een hoge biologische afbreekbaarheid zoals plantmateriaal, mest en vetten. Swill en diverse reststromen uit de VGI zoals bleekaarde bezitten naast een hoeveelheid energie veelal drijf en bezinkbare biomassa. Het in de praktijk aantonen dat biomassa stromen met hoge zand en bezinkbare fracties in een continue natte vergister te verwezenlijken zijn, moet een stimulans zijn om ook swill en VGI reststromen te gaan vergisten. Bermgras Jaarlijks wordt in Nederland circa 600 kton bermgras geproduceerd. Bermgras wordt geproduceerd in gemiddeld twee maaibeurten en wordt momenteel voor het grootste gedeelte aangeboden aan composteerinrichtingen. 15

16 Door toenemende energieprijzen en de hogere inname tarieven voor de verwerking van organisch afval wordt covergisting met mest een financieel een aantrekkelijk alternatief voor compostering. 4.4 Economische aspecten Kosten De totale kosten voor de complete installatie inclusief bedrijfspand, afwerking en installatie bedraagt 3 miljoen euro. De totale kosten voor de aankoop van de grond bedraagt 0,5 miljoen euro. De totale bedrijfskosten bedragen circa euro per maand, hierin zijn o.a. personeelskosten, verzekeringen en onderhoud meegenomen. De directe kosten bedragen circa euro per maand. Dit zijn kosten voor de afzet van het digestaat ( euro per maand), transportkosten van het digestaat (3.900 euro per maand) en de inkoop van co-substraat ( euro per maand). Inkomsten De totale inkomsten bedragen circa euro per maand. Dit zijn inkomsten via de MEP en de verkoop van stroom aan het netwerk. De opbrengst voor levering aan het net bedraagt 4,2 cent per geproduceerde kwh. Tevens wordt er iedere maand euro aan inkomsten ontvangen voor de inname van mest. Kosteneffectiviteit van de reductiemaatregel De jaarlijkse kapitaalkosten bedragen: In de berekening wordt uitgegaan van een afschrijvingstermijn van 10 jaar (technische levensduur gelijk aan de looptijd MEP). Voor dit project is subsidie uit de EINP verkregen. Dit bedrag wordt in mindering gebracht op de totale kapitaalkosten (EINP) / 10 jaar = / jaar De jaarlijkse kosten minus opbrengsten bedragen: 12 x x x = / jaar De jaarlijkse opbrengsten zijn hoger dan de jaarlijkse kosten. Hierdoor is er geen sprake van de kosten per vermeden CO 2 -equivalenten en wordt een negatief bedrag berekend per ton CO 2. Kosteneffectiviteit = / = -136 / ton CO 2 In deze berekening zijn geen bedragen m.b.t. rentekosten van leningen meegenomen. MEP De overheid stimuleert sinds 1 juli 2003 de opwekking van duurzame energie door het verstrekken van een subsidie op basis van de ministeriële regeling Milieukwaliteit van de ElektriciteitsProductie oftewel de MEP. De MEP is een vast bedrag per kwh en bedoeld om de onrendabele top van duurzame elektriciteit ten opzichte van grijze elektriciteit te compenseren. De hoogte van de MEP is afhankelijk van de productiemethode. Voor dit project bedraagt de vergoeding in 2006 en ,7 eurocent per geproduceerde kwh. De MEP is verkregen voor een periode van 10 jaar. Met ingang van 18 augustus 2006 is de MEP voor nieuwe aanvragers komen te vervallen en er kan derhalve geen gebruik meer worden gemaakt van deze regeling. 16

17 4.5 Vervolgacties Zoals aangegeven in paragraaf 4.1 kan het digestaat middels ultrafiltratie en omgekeerde osmose bewerkt worden. Het digestaat bestaat uit 60 tot 70% water. Door deze bewerkingsstappen kan het water verwijderd worden waardoor een droge massa ontstaat die gepelletiseerd kan worden. Het water kan geloosd worden op het riool of de sloot. Door het verwijderen van het water kan met veel minder transportbewegingen het digestaat vervoerd worden. Cleanergy heeft een vergunning voor het bouwen van een dergelijke installatie. In het verleden zijn bij bedrijven in Duitsland wisselende resultaten behaald met deze bewerkingsstappen en dat is de reden dat er nog niet is overgegaan tot de bouw van een dergelijke installatie. (Ook in Nederland zijn er ervaringen met deze technieken, zie Sinds kort is er één leverancier die garantie geeft op een dergelijk proces. Cleanergy is voornemens om te onderzoeken of een dergelijke installatie mogelijkheden biedt. Het gaat hierbij om een investering van euro. Cleanergy is bezig om zich te oriënteren op de verkoop van CO 2 -emissierechten in Duitsland aangezien dit in 2006 in Nederland nog niet mogelijk was. Dit zal op korte termijn nader onderzocht worden. Zoals aangegeven wordt een gedeelte van de warmte die vrijkomt in de WKK gebruikt voor de verwarming van de vergisters en het bedrijfspand. Tevens wordt een deel van de warmte gebruikt voor de hygiënisatie van het digestaat. De overige warmte wordt momenteel niet nuttig aangewend. Er is een quick-scan uitgevoerd met betrekking tot de haalbaarheid van warmtedistributie. Op basis van de resultaten van deze quick-scan kan geconcludeerd worden dat warmtelevering zowel milieutechnisch als economisch gezien erg interessant is. De mate van de uitgevoerde quick-scan is beperkt van omvang. Cleanergy gaat wellicht in de toekomst een gedetailleerde haalbaarheidsstudie uit laten voeren alvorens over te gaan tot een investeringsbeslissing. 17

18 5 Samenvatting en conclusies Inleiding en probleemstelling Nederland heeft als doelstelling om 6% reductie van de uitstoot van broeikasgassen te bewerkstelligen, over de periode ten opzichte van Mestvergisting is één van de belangrijkste opties om deze emissies (met name die van methaan) terug te dringen. Bij mestvergisting wordt middels een biologisch omzettingsproces de in mest aanwezige organische stof onder zuurstofloze omstandigheden omgezet. Hierbij komen methaan en koolstofdioxide vrij als gasvormige vergistingproducten, als mengsel beter bekend als biogas. Dit biogas dat 60 tot 65 % methaan bevat, kan vervolgens middels een warmtekrachtkoppelingsinstallatie (WKK) worden omgezet in elektriciteit en warmte. Sinds 2000 zijn er in Nederland enkele mest vergistinginstallaties op boerderij schaal in bedrijf. Daarnaast is er één grootschaliger ( ton/jaar) biomassa vergistingsbedrijf de Scharlebelt. Dit was het meest geavanceerde co-vergisitingsproject van Nederland. De Scharlebelt gaat uit van een CSTR installatie (continious stired tank reactor). Het grote nadeel van deze installatie is dat de complete installatie om de twee à 3 jaar volledig stil gelegd moet worden in verband met het verwijderen van zand. Doelstellingen Een van de doelstellingen van dit project is een positieve bijdrage te leveren aan het broeikaseffect door: Besparing van fossiele brandstoffen Het voorkomen van methaan emissies uit stallen en mestopslagen Het verminderen van de inzet van kunstmest Een tweede doelstelling is het demonstreren van een innovatief anaeroob vergistingsysteem dat enerzijds een verbeterde omzetting van biomassa naar biogas bewerkstelligt en anderzijds een dermate gunstige proceseigenschappen bezit waardoor het mogelijk is om biomassa te verwerken die in andere systemen niet te verwerken is vanwege drijf en/of bezinkende eigenschappen (zand). Resultaten Cleanergy heeft gedurende dit project een systeem gerealiseerd dat van de beste eigenschappen van diverse procesuitvoeringen gebruik maakt. Met dit systeem is het mogelijk om hoge droge stof gehalten te verwerken. In de propstroomvergister vindt hydrolyse plaats (een soort voorvergisting) waardoor deze hoge gehalten te verwerken zijn. Dit is in een gewone vergister niet mogelijk. Circa 45% van de gasproductie komt uit de propstroomvergister en 55% uit de navergister. Het project heeft geresulteerd in een unieke mestvergister met een capaciteit van ton per jaar. De vergister verwerkt jaarlijks ton varkensmest en ton rundveedrijfmest. De overige ton bestaat uit pluimveemest, gras en maïs. Iedere dag wordt er 100 ton in de vergister gebracht. De mest en de droge producten worden in de juiste verhouding in twee zogeheten propvergisters met een inhoud van ieder 400 m 3 gebracht. Gedurende twee weken blijft de mest in deze vergisters, waarbij de helft van de totale gasproductie vrijkomt. De andere helft van de gasproductie komt in de navergisters vrij. Daar blijft de mest zeven à acht weken. Cleanergy heeft vier navergisters met elk m 3 bruto inhoud. Iedere navergister wordt met m 3 mest gevuld. 18

19 Om het vergistingsproces op gang te brengen, is bij de start geënt met bacteriën uit een andere vergister. Zowel de voorvergisters als de vergisters worden continu op een temperatuur van 39 graden Celcius gehouden. Dit is de optimale temperatuur om de biomassa af te breken. Het heeft ruim tien maanden geduurd voordat een optimale gasproductie gerealiseerd kon worden. Bij het proces komt energie vrij in de vorm van elektriciteit en warmte. 40% van deze energie komt vrij in de vorm van elektriciteit. De overige 60% is warmte. Een kwart van deze warmte wordt gebruikt om de installatie op temperatuur te houden. Tevens wordt de warmte gebruikt om het eindproduct, het zogenaamde digestaat, te verwarmen tot 70 graden Celsius. Tijdens het verwarmen worden Salmonella en E. coli bacteriën evenals onkruiden in de mest gedood en door deze stap uit te voeren wordt de mest exportwaardig gemaakt. De energieopwekking vindt plaats met een biogasmotor. Iedere dag wordt er 24 à 25 megawatt aan energie opgewekt. Een gemiddeld gezin verbruikt per jaar kilowatt aan elektriciteit. Dat betekent dat deze installatie in drie uur, energie voor een volledig huishouden produceert. Per jaar produceert de installatie elektriciteit voor tot gezinnen. Voor de berekening van de emissiereductie wordt gebruik gemaakt van de TEWI methodiek (Total Equivalent Warming Impact), een gestandaardiseerde methode voor het berekenen van de emissiereductie van broeikasgassen over de levenscyclus van een project zoals die gehanteerd wordt binnen het Reductieplan Overige Broeikasgassen. In deze berekening is uitgegaan van de aangegeven biogasproducties per ton substraat. De directe reductie ten gevolge van verkorte duur mestopslag bedraagt voor dit project kg CO2-equivalenten per jaar. De indirecte reductie bedraagt tot kg CO2-equivalenten per jaar. De totale reductie op project niveau is ton CO2-equivalenten per jaar tot CO2-equivalenten per jaar. Het TEWI potentieel in 2010 bedraagt 0,3 Mton. Helaas heeft dit project niet bijgedragen aan de vermindering van de inzet van kunstmest. De dunne en dikke fractie mest mogen in verband met wetgeving niet toegepast worden als kunstmestvervanger. Een rundveehouder die aan de degrodatie mee doet mag geen varkensmest aanvoeren. Zij mogen alleen mest van graasdieren (o.a. koeien en schapen) en kunstmest toepassen. Conclusies De doelstelling van het project was om een positieve bijdrage te leveren aan het broeikaseffect door de vergisting van meststoffen met co-substraten middels de demonstratie van een innovatieve propstroominstallatie. Het project is geslaagd en er is bewezen dat deze nieuwe coöperatie van jonge boeren is staat is geweest om het project tot een succes te maken. De boeren uit de coöperatie zijn van mening dat alleen grote boerenbedrijven is staat zijn om in eigen beheer een mestvergisitngsinstallatie te runnen. Voor de kleine gezinsboer is dit niet haalbaar. Door middel van samenwerking van diverse kleine boeren is het wel mogelijk gebleken om in eigen beheer een vergistingsinstallatie te beheren. Tevens zijn de boeren van mening dat het project mede geslaagd is door de intensieve samenwerking in een beperkt aantal relatief kleine gemeenschappen. Bijkomend voordeel is de mestinfrastructuur van de coöperatie. Het is mogelijk om een goede en regelmatige toevoer van verse mest te garanderen. Tijdens het project is gebleken dat continuïteit van aanvoer van grondstoffen erg belangrijk is. Op het moment dat de aanvoer stil valt gaan de bacteriën in de vergisters dood en duurt het ruim 3 dagen voordat er volledig herstel ingetreden is. Gedurende deze dagen kan er geen gas geproduceerd worden. 19

20 Momenteel is het nog niet rendabel om bermgras te verweken. De kwaliteit van het aangeleverde bermgras gedurende het project was slecht. Als het bermgras schoon aangeleverd wordt en er wordt een vergoeding betaald bij aanleveren dan is het zeker rendabel om bermgras als co-vergistings product te gaan vergisten. Het bermgas levert veel gas maar extra roerwerkzaamheden zijn noodzakelijk. Vervolgstappen Momenteel zijn er drie vervolgstappen die Cleanergy wellicht uit gaat voeren. De eerste vervolgactie heeft betrekking op een verdere verwerking van het digestaat middels ultrafiltratie en omgekeerde osmose waarmee het vele water dat in het digestaat zit verwijderd kan worden. De tweede vervolgactie heeft betrekking op de verkoop van CO 2 rechten in Duitsland. De derde vervolgactie heeft betrekking op de warmtedistributie of anders gezet de afzet van warmte die ontstaat tijdens het vergisten. 20