Transcriptie

1 Ontwikkelingen binnen de biogasbranche ( ) Ir. Theo Bijman Thecogas Biogastechniek BV Tramstraat CK Lochem Theo Bijman is sinds 2000 werkzaam binnen de biogasbranche en heeft in dienst van Ecogas International BV meerdere biogasinstallaties gerealiseerd in Nederland en België; onder andere op het varkensproefbedrijf te Sterksel. Hij was in 2002 namens de Stichting Ecogas betrokken bij het demonstratieproject Mest de groene motor. In het kader van een onderzoeksopdracht uitgevoerd door het Praktijkonderzoek Rundveehouderij in samenwerking met DLV werden scheidingsproeven op vergiste mest uitgevoerd en de toepassingsmogelijkheden van vergiste mest in Nederland onderzocht. Als extern adviseur betrokken bij onder andere het opstellen van vergunningseisen voor biogasinstallaties en het onderzoek naar geuremissies bij (gebruik van) vergiste mest en onvergiste mest. Sinds september 2002 heeft Theo Bijman zijn eigen bedrijf wat zich bezig houdt met advisering en realisatie van biogasinstallaties. Recentelijk werden door Thecogas Biogastechniek BV twee biogasinstallaties in bedrijf gesteld; in Zuid-Velde (nabij Norg, Drenthe) en Hengelo (Gld.). 1

2 Ontwikkelingen binnen de biogasbranche ( ) De eerste biogasgolf in Nederland (1980) Anaërobe vergisting kwam in Nederland in de jaren zeventig in de belangstelling als mogelijke oplossing om op de intensieve veebedrijven de stank bij de opslag en het uitrijden van mest te verminderen. Door de energiecrisis kwam daar de belangstelling voor het winnen van energie uit de mest nog bij. 1 De meeste nationale regeringen in Europa besloten dat er programma s moesten worden ontwikkeld om minder afhankelijk te worden van olie. Biogas was hiervoor één van de opties. Aan enthousiasme ontbrak het niet in Nederland. Als onderdeel van een Europees onderzoeksprogramma werden, onder leiding van het IMAG, eind jaren 70, begin jaren 80, een twintigtal biogasinstallaties gebouwd op boerderijniveau. Naast onderzoek naar de potentiële gasopbrengsten uit verschillende mestsoorten, werd er ook gekeken naar de technische verschillen tussen de aangeboden systemen die op de markt beschikbaar waren. De ontwikkelingen in Nederland zette zich echter niet door. Gekenmerkt door vele technische problemen en snel dalende energieprijzen, werden de meeste projecten al na enkele jaren weer stopgezet. Technische problemen (1980) De eerste installaties kenmerkten zich door een groot aantal technische problemen. De hoofdredenen waardoor de ontwikkeling van biogas, zelfs op kleine schaal, zich niet heeft kunnen doorzetten, zijn: 1 2 : 1. Biogaswinning was een nieuwe techniek die nog in een experimenteel stadium stond. Er werd vaak gekozen voor goedkope oplossingen. Door de snelle implementatie werden de problemen vaak later zichtbaar. Omdat een aantal jaren na de bouw van de eerste biogasinstallaties de energiemarkt zich drastisch had gewijzigd (lagere olieprijzen), werd er niet meer geïnvesteerd in aanpassingen, onderhoud en vervanging. 2. Slechte ontwerpen zorgden voor problemen met verwarming, verstopte leidingen werden veroorzaakt door bezinklagen onderin de vergister, inadequate roerwerken (er werd veelal rondgepompt in plaats van gemixt door middel van roerders) zorgden over het algemeen voor slechte menging en het optreden van drijf- en bezinklagen, pompen hadden vaak problemen met stro en waren in het begin nog niet uitgevoerd met een versnijdinrichting. 3. Standaard apparatuur werd gebruikt terwijl dit niet geschikt of aangepast was voor gebruik met het corrosieve en vochtige biogas. Dit biogas kon bovendien sterk wisselen in kwaliteit (methaangehalte). Dit leidde tot veel storingen en overmatige slijtage. De biogasmotoren waren ofwel omgebouwde dieselmotoren ofwel omgebouwde automotoren. Lagerschalen bijvoorbeeld van brons gingen snel kapot. Doordat de gasmotoren maar enkele uren per dag draaiden (tijdens het melken van de koeien) of vaak onderbelast (voor afdekking van het eigen energieverbruik), was het rendement van de 2

3 WKK veelal laag. Ook het veelvuldig starten en stoppen was niet bevorderlijk voor de levensduur. Ook de in een aantal gevallen toegepaste Cv-ketels werkten slecht. Ze roestten in de tijd van enkele maanden compleet weg. 4. De gebruikte stalsystemen met mestopslag voor meerdere maanden onder de dieren, zorgden niet altijd voor de aanvoer van verse mest. Door het optreden van voorvergisting in de kelders ging vaak al een groot deel van de gasopbrengst voortijdig verloren. Ook werd door minder aandacht voor overmatig gebruik van water, de mest verdund. Economische aspecten (1980) 1. Hoewel in eerste instantie de stankreductie en later het energieaspect de drijfveer was achter de eerste biogasgolf, viel de interesse weg toen de olieprijzen weer gingen zakken begin jaren tachtig. De hoge investeringen konden niet meer worden terugverdiend.een goedkope energie-infrastructuur in Nederland (een goed vertakt aardgasnet), moeilijker afzetmogelijkheden voor de mest en lage teruglevertarieven voor opgewekte elektriciteit, zorgden uiteindelijk voor het aflopen van de eerste biogasgolf in Nederland. 3 Veranderingen in de techniek (2003) Voor de meeste technische problemen zijn anno 2003 oplossingen bedacht waardoor de biogasbranche volwassen kan worden genoemd. 1. Vereenvoudigde gasreiniging: Veelvuldig technische problemen rondom biogas ontstonden door de slechte gasreiniging (verwijdering zwavelwaterstof en waterdamp uit het gas). Het principe van de biologische ontzwaveling dat wil zeggen het bijmengen van enkele procenten lucht aan het biogas waardoor het zeer corrosieve zwavelwaterstof met zuurstof door zwavelminnende bacteriën eenvoudig omgezet kan worden in elementaire zwavel en water, was indertijd nog niet bekend en is nu de meest toegepaste methode in biogasinstallaties. De indertijd toegepaste methoden voor het ontzwavelen van het biogas zoals het toevoegen van ijzerchloride aan de mest of het leiden van het biogas door een bad met ijzerkrullen, werkte niet altijd even goed of waren te omslachtig. 2. Goedkope gaskwaliteitbewaking: Er is nu goedkope, (draagbare) analyse apparatuur beschikbaar om methaan-, zuurstof- en zwavelwaterstofgehalten te meten in het biogas, waardoor de bewaking van de gaskwaliteit sterk is verbeterd. 3. Speciale biogasmotoren: De huidige gasmotoren zijn speciaal gebouwd en ontwikkeld voor (bio)gastoepassingen terwijl deze vroeger waren samengesteld op basis van een motorblok uit een standaardbenzine of dieselmotor. De rendementen en de standtijden van deze motoren waren laag. Op dit moment wordt door de industrie veel tijd en geld geïnvesteerd in de ontwikkeling van betere gasmotoren. De nieuwste generatie gasmotoren van MAN halen op dit moment onder praktijkomstandigheden al rendementen rond de 38% 4. De in Duitsland veel toegepaste dual-fual motoren (Zundstrahlers), een dieselmotor die op 10% diesel en 90% biogas loopt, halen al veel langer deze rendementen en zijn daarbij ook nog minder gevoelig voor schommelingen in de kwaliteit van het biogas. Dit type motoren lopen echter vast in de milieuwetgeving omdat de NOxuitstoot veel hoger ligt dan toegelaten in Nederland. Gemonteerde katalysatoren gaan over 3

4 het algemeen niet lang mee door de aanwezigheid van waterdamp en zwavelwaterstof in het biogas. 4. Verbeterde Cv-ketels: Hoewel er weinig interesse is om het biogas direct te verbranden in een ketel, zijn hier ook verbeteringen doorgevoerd. De specifieke biogasketels worden vervaardigd uit gietijzer en uitgevoerd met aangepaste branders met speciale voordruk zodat deze niet zo snel vervuilen als bij gebruik van aardgasbranders indertijd veelvuldig het geval was. 5. Gunstiger stalsystemen: Er is een trend binnen de huidige huisvestingssystemen van varkens om drijfmest zo snel mogelijk af te voeren uit de stal. Ongewenste emissies zoals ammoniak en ook methaan in de nabijheid van de dieren worden hiermee zoveel mogelijk beperkt. Dit is gunstig voor een biogasinstallatie en de reductie van broeikasgassen. 6. Bewezen techniek: Er is de laatste jaren veel ervaring opgebouwd (vooral in Duitsland) met vergisterbouw, aangepaste roerwerken, gasopslagen en gasmotoren op biogas. Dit betekent de beschikbaarheid van bewezen componenten die ook in Nederlandse installaties (kunnen) worden ingebouwd. 7. Nieuwe technieken: Op dit moment worden aan allerlei ontwikkelingen gewerkt om het biogas beter te benutten zoals de microgasturbine die lage onderhoudskosten kent en lage NOx-emissies (maar nu nog en te laag elektrisch rendement heeft van 20 à 25%), de brandstofcel, en de opwerking naar aardgaskwaliteit. Er zijn opwerkingstechnieken beschikbaar waar per uur grote gashoeveelheden worden opgewerkt bij onder andere stortgaslocaties ( > 500 m 3 biogas/uur). Kleinschaliger wordt gewerkt aan biogaswassers waarbij (een deel van) het CO2 uit het biogas kan worden gewassen. Het voordeel van deze techniek is dat biogas met een constant methaangehalte kan worden geproduceerd, waardoor de gasmotor technisch beter kan worden afgesteld en langere standtijden zal kunnen halen. Ontwikkeling in Duitsland, Denemarken en Oostenrijk (1980-heden) Nadat in Nederland de meeste installaties na enkele jaren werden stop gezet, ging de ontwikkeling rondom biogas in andere landen door onder andere in Denemarken waar centrale vergistinginstallaties bleven doordraaien (overigens in combinatie met het veelvuldig bijmengen van organische reststromen uit de levensmiddelenindustrie), in Duitsland (vooral in Beieren) werden veelal kleinschalige, simpele en goedkope boerderijvergisters gebouwd, vaak door zelfbouw, waarbij ook geuremissie en betere mestkwaliteit 5 medebepalend waren in de beslissing om een biogasinstallatie te bouwen. De hernieuwde interesse in de bouw van biogasinstallaties in Nederland is zeker te danken aan de sterke stijging van het aantal gebouwde installaties in Duitsland 6 de afgelopen jaren. Stond er eind 1999 op 850 bedrijven een totaal opgesteld vermogen van 50 MWe, eind 2002 was dit gestegen naar meer dan 250 MWe (2000 biogasinstallaties). Deze sterke stijging is vooral te danken aan de invoering in april 2000 van een systeem van terugleververgoeding voor duurzame elektriciteit (het Erneuerbare-Energie-Gestz). Installaties konden gedurende 20 jaar rekenen op een vaste terugleververgoeding van rond de 10 ct per kwh. Investeringssubsidies en mogelijkheid tot het verkrijgen van een lening met een beduidend 4

5 lagere rente, complementeerden het stimuleringsprogramma. Deze investeringssubsidies zijn nu afgebouwd en alleen de gegarandeerde terugleververgoeding is overgebleven. In Duitsland is nu heel duidelijk de trend zichtbaar dat alleen nog grootschalige installatie worden gebouwd(vanaf 250 kwe tot zelfs 1 MWe geïnstalleerd vermogen). De boerderijschaal biogasinstallatie is zonder investeringssubsidie financieel niet aantrekkelijk; reden voor de belangenvereniging van biogasleveranciers en eigenaren (het Fachverband Biogas) om de politiek te vragen de terugleververgoeding voor kleine installaties die draaien op basis van mest en eigen geteelde energiegewassen substantieel te verhogen (uit onderzoek 7 kwam men met een aanbeveling dit vast te stellen op 18 ct 8 ). Daarmee wil men het Oostenrijkse model achterna die voor de kleine boerderijschaal biogasinstallatie onder de 100 kw opgesteld vermogen (vergisting van mest in combinatie met energiegewassen) al 13 jaar lang terugleververgoedingen van 16,5 ct garandeert. In onderstaande figuur is de marktpenetratie van mestvergisting in een aantal Europese landen weergegeven, evenals de absolute mestproductie in deze landen. De marktpenetratie is gedefinieerd als de hoeveelheid biogas die d.m.v. mestvergisting wordt opgewekt ten opzichte van de hoeveelheid biogas die theoretisch uit alle varkens en rundermest kan worden opgewekt. In Duitsland en Denemarken heeft mestvergisting een aanzienlijk hogere marktpenetratie bereikt dan in de andere landen. In België is nog maar een enkele installatie operationeel. In de UK is een groot potentieel voor mestvergisting, maar is de marktpenetratie nog laag. Nederland heeft een groter potentieel voor mestvergisting dan Denemarken, maar loopt sterk achter wat betreft marktpenetratie. 9 marktpenetratie 20% 15% 10% 5% 0% NL UK SP BE DE DU NL UK SP BE DE DU mestproductie (Mton/yr) Figuur 1: marktpenetratie van mestvergisting en mestproductie in de verschillende landen. NL=Nederland; UK=United Kingdom; SP=Spanje; BE=België; DE=Denemarken; DU=Duitsland. 5

6 Mogelijkheden voor biogasproductie in Nederland (2003) 1. Terugleververgoeding: In Nederland bestaat de laatste jaren meer interesse in duurzame energieopwekking en de afname van groene stroom. Energieprijzen liggen ook substantieel hoger dan in de jaren 80 door onder andere de heffing van de Regulerende Energie Belasting REB. De gedeeltelijke vrijstelling op de REB voor duurzaam opgewekte stroom kan, wanneer dit voordeel (gedeeltelijk) wordt doorgesluisd naar de opwekker ook een hogere terugleververgoeding betekenen. Het vastleggen van een systeem van meerjarige terugleververgoedingen voor stroom opgewekt uit biogasinstallaties via de MEP regeling (ingangsdatum 1 juli 2003) maakt de investering in een biogasinstallatie aantrekkelijker en biedt daarnaast de eigenaar van de biogasinstallatie financiële zekerheid voor de toekomst (de vergoeding wordt 10 jaar lang gegarandeerd). Hiermee is ook de externe financiering gemakkelijker geworden. 2. Teruglevering aan het openbare net: Het is eenvoudiger om terug te kunnen leveren aan het net nu in de elektriciteitswet geregeld is dat zelf geproduceerde elektriciteit tegen een redelijke vergoeding moet worden afgenomen. De vrees dat de kosten om de geleverde stroom te kunnen registreren waarbij voldaan wordt aan de wettelijke eisen hieromtrent, een dam zouden opwerpen voor initiatiefnemers, is door de staatssecretaris van economische zaken weggenomen. In kamervragen heeft deze bevestigd dat de registratie van opgewekte stroom tegen minimale kosten (2 à 300 euro incl. plaatsingskosten) ook mogelijk gemaakt kan worden waarbij nog steeds aan de Meetcode wordt voldaan Co-vergisting: Er komen steeds meer organische reststromen uit de levensmiddelenindustrie beschikbaar die niet meer kunnen voldoen aan de steeds strenger wordende eisen voor verwerking in het veevoer. Vergisting kan hiervoor een goed alternatief bieden. Omdat op dit moment in Nederland de meststoffenwetgeving en de ontheffingsprocedure, bijmenging in een biogasinstallatie welhaast onmogelijk maakt, worden er dagelijks vele tankautoladingen naar Duitse biogasinstallaties getransporteerd. Wat het potentieel is blijkt wel uit de verschillende methaanopbrengsten die behaald kunnen worden per ton input. Rundermest (8% DS) levert ongeveer 14 m3 methaan, varkensmest (8% DS) ongeveer 22 m3 methaan, mais (30%DS) ongeveer 108 m3 methaan, groenteafval (13% DS) ongeveer 43 m3 methaan en plantaardig vet (90% DS) zelfs 560 m3 methaan. De rentabiliteit blijft op basis van mest alleen, een heikel punt. De politiek wil enerzijds de broeikasgasemissies uit mest beperken (en een biogasinstallatie draagt sterk aan deze reductie bij 11 ), anderzijds worden niet de voorwaarden gecreëerd waarbij dit economisch interessant is. 4. Vergunningverlening voor co-vergisting: In Nederland is het vergunningstraject, voornamelijk in het geval van co-vergisting, complex. Specifiek beleid op provinciaal en gemeentelijk niveau is er niet of nauwelijks (behalve misschien de leidraad mest van de provincie Noord Brabant) en de richtlijn mestverwerkingsinstallaties ( en verschillen per provincie waardoor het maar de vraag is of co-vergisting als een agrarische activiteit wordt beschouwd en binnen het bestaande bestemmingsplan mag worden uitgevoerd. Daarnaast is de procedure voor het verkrijgen van een ontheffing op het meststoffenbesluit omslachtig. Vergiste mest wordt beschouwd als een mengsel van mest en stoffen die niet op de meststoffenlijst staan. Dit mengsel mag alleen worden 6

7 toegepast binnen de landbouw na het verkrijgen van een ontheffing. Dit dient per cosubstraat te worden aangevraagd en wordt verleend op basis van een bepaalde combinatie van meststof, co-substraat, proces en aanvrager.bij significante verandering van één der parameters zal een nieuwe ontheffing moeten worden aangevraagd. Indien ook verlangd wordt dat de bemestende waarde van de (nieuwe) meststof wordt aangetoond middels bemestingsproeven, zal dit aanzienlijke kosten met zich gaan meebrengen Mineralen aanvoer: Bij het co-vergisten spelen op de achtergrond ook de kosten en mogelijkheden voor de afzet van vergiste mest een rol. Alle mineralen als stikstof en fosfaat die aangevoerd of toegevoegd worden aan de mest bij co-vergisting moeten ook weer worden afgevoerd. In dit opzicht verschilt de plaatsingsruimte voor mest in Nederland wezenlijk van die in Duitsland waar hele gebieden organische mest tekort komen en juist het toevoegen van mineralen als een positief aspect van co-vergisting wordt gezien. 6. Teelt van energiegewassen: Kansen liggen er ook bij de aanbouw van energiegewassen op braakliggende percelen. In Duitsland wordt, met behoud van braakliggingspremie, maïs samen met drijfmest ingekuild waarna het als energiebron in de biogasinstallatie wordt gebruikt. In Nederland zijn hiervan nog geen voorbeelden bekend maar bedrijfseigen producten mogen, zonder in conflict te komen met de gemeentelijke vergunning en richtlijnen van LNV wel in de biogasinstallatie worden verwerkt. Afval mag daarentegen niet zomaar worden bijgemengd. Hiervoor moet op provinciaal niveau een vergunning worden aangevraagd en via LNV een ontheffing worden verkregen voor het gebruik als meststof binnen de landbouw. 7. Stimulering terugdringen overige broeikasgassen: Uit opgaven uit het milieucompendium 13, worden de huidige broeikasgasemissies van methaan (CH4) en lachgas (N2O) door de Nederlandse landbouw geschat op respectievelijk 413 en 24 miljoen kg. Methaan komt voor een groot gedeelte vrij bij de pensfermentatie (77%) en mestopslag (23%) terwijl lachgas voornamelijk vrij komt bij de bemesting (40%) en kunstmestgebruik (27%). (Door anaërobe omstandigheden in de bodem, bijvoorbeeld door de snelle afbraak van organische stof, kunnen omstandigheden ontstaan die gunstig zijn voor de productie van N2O). Door biogaswinning wordt de methaanafbraak uit mestopslagen sterk verminderd en wordt het ontstaan van anaërobe omstandigheden in de bodem als gevolg van snelle afbraak van organische stof eveneens sterk verminderd (de fractie snel afbreekbare organische stof is immers al afgebroken in de biogasinstallatie). Het rekenmodel van het IMAG 14 kwam uit op een potentiële reductie, bij vergisting van 50% van de Nederlandse mesthoeveelheid, van de methaanemissie vanuit mestopslagen van 146 miljoen kg CH4 naar 46 miljoen kg CH4 en van lachgas van 12 miljoen kg N2O naar 10 miljoen kg N2O. In totaal in termen van mln. kg CO2-equivalenten komt dit overeen met een reductie van mln. kg CO2-eq. 8. Betere bemestende waarde: Door de betere stikstofbenutting uit de vergiste mest door het gewas, kan het kunstmestgebruik worden teruggedrongen 15. Dit wordt mede veroorzaakt door de lage concentratie nitraat in de mest na vergisting. De kans op verlies van stikstof (uitspoeling van nitraat of denitrificatie en vorming van lachgas en elementaire stikstof) is, 7

8 wanneer het aanwezige ammonium stikstof niet snel wordt omgezet in nitraat en ammonium stikstof snel wordt opgenomen door het gewas, daarmee veel kleiner dan in de grondstof dierlijke mest. 16 Literatuurverwijzingen: 1 Ervaringen met biogasinstallaties op praktijkbedrijven, IMAG-publikatie 218, door ing.h.r.poelma, Perspectieven mestvergisting op Nederlandse melkvee- en varkensbedrijven, rapport 194 Wageningen UR, A.J.H. van Lent en H.J.C. van Dooren, januari Mestvergisting op boerderijschaal in bestaande opslagsystemen, ECOFYS BV, M.Tijmensen et al., februari 2002, proj.nr /0230-in opdracht van NOVEM/ROBprogramma 4 Manrollo Zoetermeer, pers. communicatie Cees Boone. 5 Anaerobic digestion: making energy and solving modern waste problems, AD-Nett report 2000, chapter 5 the use of digested slurry within agriculture p Internationale verkenning mestvergisting, ECOFYS BV, M.Tijmensen et al., juni 2003, proj.nr. 0377/02/02/03/28, in opdracht van NOVEM/ROBprogramma 7 Markt- und Kostenentwicklung der Stromerzeugung aus Biomasse, Bundesinitiative Bioenergie BBE, uitgevoerd door Fichtner, april Fachverband Biogas Duitsland, Friesing Duitsland, Positionspapier zum novellierungsbedarf des EEG stand Internationale verkenning mestvergisting, ECOFYS BV, M.Tijmensen et al., pagina IV conclusies, juni 2003, proj.nr. 0377/02/02/03/28, in opdracht van NOVEM/ROBprogramma 10 Nadere memorie van Antwoord, staatssecretaris van Economische Zaken, Wijziging van de elektriciteitswet 1998 ten behoeve van de stimulering van de milieukwaliteit van de elektriciteitsproductie. Kamerbrieven , bijlage 1. bron: 11 Methaan, lachgas- en ammoniakemissies bij de productie, opslag en transport van mest, R.M. de Mol en M.A. Hilhorst-Wageningen, IMAG rapport Wageningen UR, Instituut voor Milieu- en Agritechniek Internationale verkenning mestvergisting, ECOFYS BV, M.Tijmensen et al, pagina 42, juni 2003, proj nr in opdracht van ROB-programma NOVEM. 13 Bron: zoals beschreven in verwijzing nr De bemestende waarde van vergiste mest, HAS kennistransfer, C.Klaver et al. (2003) 15 Zie 10, (vergelijking scenario 2, pag. 166 met scenario 4, pag. 209). 16 Perspectieven van co-vergisting voor beperking van emissies van broeikasgassen uit de landbouw in Nederland, pag. 41, P.J. Kuikman, M.Buiter en J. Dolfing,, Alterre-rapport 210 8