Verslag studiereis onderzoek vergistingsmogelijkheden voor grasmaaisel Duitsland 6/11 tot en met 9/11/2011

Transcriptie

1 Verslag studiereis onderzoek vergistingsmogelijkheden voor grasmaaisel Duitsland 6/11 tot en met 9/11/ Inleiding Deze studiereis werd georganiseerd vanuit het project Graskracht. Graskracht is een Vlaams project dat Europese cofinanciering heeft gekregen met als doel om de verwerking en (economische) valorisatie van grasmaaisel te onderzoeken en verder te optimaliseren. Diverse partners participeren aan het project: ANB en OC-ANB, Eneco, UHasselt, dept.lne, PHL, OVAM, Natuurpunt, Inagro, Agentschap Wegen en Verkeer, FEBEM, ODE, Biogas-E en Vlaco. Momenteel is het zo dat de verwerking van grasmaaisels in Vlaanderen veelal problemen oplevert. Ofwel is de aanvoer niet constant genoeg, is het maaisel niet geschikt voor bepaalde verwerkingsvormen, wordt maaisel niet op een goede manier voorbehandeld, is de verwerking relatief duur (bijvoorbeeld +/- 35/ton excl. BTW voor compostering). Aangezien Duitsland al een aantal jaren ervaring heeft met de covergisting van maaisel met mestverwerking, werd vanuit het project Graskracht deze studiereis georganiseerd. In Duitsland werden de bedrijfsbezoeken geregeld door het Internationales Biogas und Bioenergie Kompetenzzentrum (IBBK), dit is dé autoriteit in Duitsland op het vlak van het opwekken van biogas. 2. Deelnemers In totaal namen 17 deelnemers deel aan deze studiereis (de Duitse gids inbegrepen). Het ging om vertegenwoordigers van ANB en OC-ANB, de industrie (een aantal afvalverwerkers), een aantal federaties (Boerenbond, VLACO, bosgroepen) en terreinbeheerders zoals VZW Natuurpunt Beheer en VZW Pro Natura. 3. Bedrijfsbezoeken Op maandag en dinsdag bezochte we verschillende biovergistingsinstallaties, verschillend zowel qua omvang, qua eigenaar, qua toegepaste technieken, qua niveau van noodzakelijke investeringen, qua concept.

2 3.1 Biogasinstallatie Hammermühle te Gemünden Type: natte vergister. Deze installatie is eigendom van 2 landbouwers die van klassiek landbouwbedrijf (biolandbouw) zijn overgeschakeld naar biogasopwekking. In functie van zijn biogasinstallatie bewerkt de eigenaar 120 ha grasland en 90 ha voor energiegewassen (maïs meestal). Inputstromen zijn grasmaaisel, maïs en vast en vloeibaar mest. Grasmaaisel wordt aangekocht van lokale landbouwers die het gras reeds gehakseld tot max. 5 cm aanleveren in de silo s die bij de installatie liggen. Idealiter dient het gras vier keer per jaar gemaaid te worden. De aankoopprijs voor gras is relatief laag en vooral stabiel omdat het product gras geen grote afzetmarkt kent (in tegenstelling tot mest). Maïs wordt speciaal geteeld door landbouwers uit de omgeving, de maïs is specifiek geselecteerd voor verwerking in biovergistingsinstallaties. De kostprijs voor de aankoop ligt veel hoger dan bij grasmaaisel, namelijk ongeveer 25/ton excl. BTW gehakseld op het veld (dus nog zonder de transportprijs gerekend tot aan de installatie). Mest wordt eveneens aangevoerd van bij lokale landbouwers. Samenstelling van de inputstroom: 9 ton maïs, 9 ton gras, 5 ton vaste mest en 9 ton vloeibare mest (per dag). De output is enerzijds warmte en elektriciteit. Op te merken is dat omwille van beperkingen in de Duitse regelgeving naar emissies toe de installatie momenteel beperkt was tot 420 KW, na uitbreiding van de installatie zal die opgedreven worden tot 500 KW. Restwarmte wordt hergebruikt voor verwarming van de eigen boerderij, het slachthuis; drogen van rioolslib. Elektriciteit wordt uiteraard ook eerst voor eigen gebruik aangewend, de resterende elektriciteit wordt aan het openbaar net geleverd.

3 De investeringskost bedroeg met een berekende terugverdientijd van 15 jaar. 3.2 Biogasinstallatie van Viessmann Werke Type: droge vergisting De installatie is eigendom van de firma Viessmann, die in België vooral bekendheid geniet van zijn verwarmingsketels maar in Duitsland ook al een aantal vergistingsinstallaties gebouwd heeft. De installatie is een zogenaamde garageboxvergister waarbij het materiaal ingebracht wordt in luchtdicht afgesloten containers die aan elkaar geschakeld zijn om steeds een constante gasproductie te kunnen garanderen. Capaciteit van de installatie bedraagt 190 KW, de jaarlijks nodige biomassa is ton en de inhoud van iedere garagebox is ongeveer 600 m³. De investering werd geschat op

4 Droge vergister van Viessman (BIOFERM) biedt een aantal voordelen ten opzichte van natte vergisters: - De vereisten van het inputmateriaal zijn minder belangrijk. Alle organisch afval met een gehalte aan droge materie van 60% of meer kan verwerkt worden. - Er is geen sortering (uitrapen van vreemde stoffen, denk maar aan bijvoorbeeld blikjes in bermmaaisel) of specifieke voorbehandeling nodig. - Minimum aan inspanningen en energie zijn nodig om energie op te wekken. - Het geproduceerde biogas bevat een hoog methaangehalte en een laag waterstofsulfidegehalte. Het vrijgekomen gas wordt ofwel rechtstreeks aangewend, bijvoorbeeld in lokale verwarmingsnetwerken of eigen bedrijfsprocessen die warmte vereisen (andere fabrieksruimtes) of wordt na opwaardering aangewend als brandstof voor voertuigen. Andere mogelijkheid is om het gas om te zetten in warmte en kracht. Bij voeding van het systeem gaat men telkens 1/3 van het substraat uit de containers verwijderen en de resterende 2/3 opnieuw grondig mengen met het nieuwe inputmateriaal. Bij het terug laden van de containers wordt er op gelet dat het oudste materiaal, dat bij volgende voeding moet verwijderd worden, als laatste terug in de containers gebracht wordt. Het uit de containers verwijderde en uitgegiste substraat kan ofwel verder gecomposteerd worden ofwel als een hoogwaardige organische meststof uitgespreid worden over de akkers. In deze installatie wordt eveneens hoofdzakelijk een mix van (vaste) mest, maïs en grasmaaisel verwerkt. Enkel maïs verwerken zou niet gaan, in theorie is het wel mogelijk om met deze installatie enkel grasmaaisel te gaan vergisten. Proeven hebben echter uitgewezen dat het beste rendement gehaald wordt wanneer de voeding een nauwkeurig samengestelde mix is van mest, maïs en grasmaaisel.

5 3.3 Biogasinstallatie Homberg Type: natte vergister Deze installatie wordt uitgebaat door de Städtische Werke AG Kassel, te vergelijken met een autonoom gemeentebedrijf in Vlaanderen. De inputstroom op jaarbasis bestaat uit ton maïs, ton energiegewassen en ton vloeibaar mest. Deze materialen worden allemaal op het terrein opgeslagen in gigantische silo s van m³ of ton. Het is een grote en technisch hoogstaande installatie die uitgerust is met een aantal extra installaties om de restproducten te optimaliseren. De installatie is enerzijds uitgebreid met een scheidingsinstallatie die het digestaat gaat scheiden in een droge fractie (afgezet als groenbemesting in landbouw) en een natte fractie (opgeslagen in bezinkingsbekken of eventueel in geval van nood geloosd in beek). Anderzijds is er ook een speciale unit aan de installatie toegevoegd die de kwaliteit van het geleverde biogas moet verhogen. Deze installatie zorgt er voor dat CO2 gecapteerd wordt door middel van een waterwassing die van boven naar beneden door een pijp gestuurd wordt en zorgt ook voor een ontzwaveling van het biogas. Nadien wordt de gasdruk aangepast totdat deze geschikt is om het gas in het aardgasnetwerk te brengen. De installatie heeft in totaal (exclusief de installatie voor de opwaardering van het biogas want eigendom van de gasmaatschappij) aan de Städtische Werke AG Kassel gekost aan initiële investeringskost.

6 3.4 Biogasinstallatie Niedeck Type: natte vergister Deze installatie was eigendom van een lokale landbouwer die een oplossing zocht voor zijn mestprobleem en de verwerking van groene resten afkomstig van zijn landbouwbedrijf. Het is een zeer kleinschalige installatie die specifiek voor dit soort toepassingen werd ontwikkeld. In het Duits heeft deze installatie de naam Bauherrmodel meegekregen. Het Bauherrmodel moet bouwers toelaten om de installatie grotendeels zelf op te bouwen, alsof het een bouwpakket is. De dimensionering wordt op maat aangepast aan het landbouwbedrijf. De door ons bezochte installatie was nog in volle opbouw. Opmerkelijk was wel dat dit type installatie sterk gepromoot wordt door de Maschinering, een samenwerkingsverband van lokale landbouwers en die de landbouwers ook adviseert bij de bouw en de uitbating van hun installaties. De voordelen van deze installatie zijn de relatief lage investeringskost voor de bouw van de installatie. Ook is de installatie geschikt om via een eenvoudig voedingssysteem een mix van zowel vloeibare als vaste mest, grasmaaisel en resten maïs van het eigen bedrijf te verwerken. De output van deze installatie, namelijk warmte, elektriciteit en digestaat en water kunnen ook weer binnen het eigen bedrijf ingezet worden.

7 3.5 Biogasinstallatie van Barlissen Type: natte vergister Deze installatie is eigendom van een groot deel van de inwoners van het dorpje Barlissen die met dit initiatief in 2010 in Duitsland de prijs voor meest uitzonderlijke bioenergiedorp wist te behalen. Het project wordt technisch en wetenschappelijk ondersteund door het Interdisciplinair Centrum voor Duurzame Ontwikkeling van de Georg Augustuniversiteit van Göttingen waardoor het een voor Duitsland unieke installatie is. Doel van de installatie was om de veelvuldige biologische materialen die in de omgeving aanwezig waren (mest, maïs en grasmaaisel) efficiënt te gaan verwerken en om te gaan zetten in elektrische energie en warmte. Ook hier worden de materialen dus aangeleverd door lokale landbouwers zoals in bijna alle installaties het geval is. Op dit moment levert deze installatie de verwarming voor 140 huishoudens in het dorp hetgeen goed is voor een gasproductie van 120 m3 per uur. Voor deze installatie werd ook berekend dat met de opbrengst van 1 ha maïs kan voorzien worden in de volledige behoeften van 5 gezinnen. Om de werking van de vergistingsinstallatie in de winterperiodes te optimaliseren werd aan de installatie een extra verwarmingsketel toegevoegd die kan gevoed worden met ofwel houtchips ofwel stro. De totale initiële investeringskost bedroeg 1,5 miljoen.

8 4. Bezoek aan Prograss Op woensdagvoormiddag kregen de deelnemers meer uitleg aan de Universiteit van Göttingen over het project Prograss. Prograss, met partners uit Wales en Estland is vergelijkbaar met het Vlaamse Graskrachtproject omdat het ook op wetenschappelijke basis gaat zoeken naar verwerkingsmogelijkheden voor grasmaaisel maar wel vanuit een iets andere benadering namelijk het behoud van beschermde graslandhabitats (semi-natuurlijke graslanden) verzekeren gekoppeld aan een decentrale productie van bio-energy. Verder wil het project ook nieuwe technologieën voor gebruik in biogasinstallaties gaan demonstreren. Het doel van Prograss is om te voorzien in een geïntegreerd concept voor de bescherming van semi-natuurlijke graslanden. Dit kan bereikt worden door een regulier en extensief gebruik van deze terreintypes en het hergebruiken van de energie uit biomassa door het innovatief concept Geïntegreerde productie van vaste brandstoffen en biogas uit biomassa (Engelse afkorting IFBB). Het wetenschappelijk onderzoek binnen IFBB heeft in de eerste plaats oog voor de productiviteit en de kwaliteit van de biomassa afkomstig van graslanden. Ook het dynamisch karakter van de biodiversiteit in de onderzochte graslanden onder verschillende maairegimes werd onderzocht. De derde pijler van het onderzoek betreft het economisch en technisch potentieel van de biomassa die geoogst wordt van beschermde landschapstypes. Biomassa uit seminatuurlijke graslanden wordt gekenmerkt door een hoog aandeel aan lignine, naast cellulose en mineralen. Daardoor is het moeilijk deze biomassa te verwerken in

9 conventionele systemen zoals biogaswinning of verbranding van hooi. Om die reden gaat de door IFBB ontwikkelde techniek het ingekuilde gras scheiden in een vast deel voor verbranding en in een vloeibare fractie voor biogaswinning. Door de mineralen en gemakkelijk verteerbare componenten uit de vaste fractie te halen, verbetert de verbrandingscapaciteit van de brandstof en bekomt men een waardevol vloeibaar substraat voor biogaswinning. Uit de vaste fractie worde pellets of briketten gemaakt om in kachels of verwarmingsketels te verbranden. De IFBB techniek werd op pilootschaal gebouwd in 2 verplaatsbare containers waarmee de partners diverse demonstraties gegeven hebben om landbouwers, vertegenwoordigers van lokale en regionale overheden, wetenschappers, politici en het ruime publiek te informeren. De informatieverstrekking wordt gezien als één van de belangrijkste aspecten van het wetenschappelijk onderzoek. Hoe werkt de techniek nu? 1) De voorbehandeling van het ingekuilde materiaal gebeurt in een soort van percolator met water aan een temperatuur van 40 C. 2) Mechanische ontwatering van het samengeperste ingekuilde materiaal gebeurt door een schroefpers 3) De vrijgekomen vloeistof wordt overgepompt naar een tweede container waar het in biogas wordt omgezet in drie vergisters van ieder 1,3 m³ aan een temperatuur van 37 C en in anaerobe omstandigheden. 4) Het biogas wordt aangewend om warmte te produceren voor het verwarmen van het water in de percolator, de vergisters en het drogen van de geperste koek dat na samenpersen nog altijd ongeveer 50% water bevat. 5) Het verkleinen van het samengeperst materiaal gebeurt extern.

10 Resultaten van de IFBB techniek Verbrandingseigenschappen: 1) Voorbehandeling van het materiaal leidt tot significant betere verbrandingskarakteristieken van de brandstof. Schadelijke elementen voor verbranding worden verminderd zoals de corrosie gerelateerde elementen Cl en K. 2) Het asgehalte wordt teruggebracht tot<4% (stro 6%, beukenhout <1%). K en Mg worden bvb. immers goed uitgewassen. 3) Verhoging van het droge stofgehalte in het ingekuilde materiaal met 20% leidt tot een verminderde warmtebehoefte in het droogproces. 4) In tegenstelling daarmee is de vermindering van stikstof en zwavel eerder laag. Het zwavelgehalte wordt wel teruggebracht tot het niveau van houtchips met schors en ook het NOx-gehalte blijft ruimschoots onder de emissienormen. 5) Het fijn stof blijft een probleem zodat de geproduceerde briketten enkel in grotere installaties met rookgasreiniging kunnen gebruikt worden. Energiebalans: 1) De IFBB techniek bereikt een hoger netto energie rendement in vergelijking met de vergisting van energieproducten in conventionele biogasinstallaties. 2) De energie-input in de IFBB installatie is hoger dan in conventionele biogasinstallaties door het samenpersen en drogen van het materiaal maar de output aan energie is drie keer hoger

11 dan in een conventionele biogasinstallatie. Het hoofdproduct van deze installatie is een vaste brandstof (materiaal voor pellets en briketten) die als bijkomend voordeel heeft dat ze kan getransporteerd en opgeslagen worden. Socio-economisch 1) In gebieden die minder geschikt zijn voor klassieke landbouwdoeleinden kan het gedecentraliseerd winnen van energie uit seminatuurlijke graslanden een alternatief inkomen vormen voor de landbouwers 2) De bescherming van typische cultuurlandschappen hierdoor kan op termijn leiden tot een hogere attractiviteit van de regio bij toeristen. Economische haalbaarheid De economische haalbaarheid is afhankelijk van een hele set aan factoren: prijzen voor vaste brandstoffen, prijsstijgingen voor vloeibare brandstoffen, rendement van de oogst van graslanden, kosten verbonden aan de verwerking van substraten, samenstelling van de substraten, investeringskosten, loonkosten, transportkosten, omvang van het extern ingebracht kapitaal en nationale en regionale subsidies. Rekening houdend met regionale karakteristieken, berekeningen van mogelijkheden voor landgebruik en investeringen in installatie wordt nu reeds aangetoond dat de benadering van Prograss kan leiden tot een valabel economisch alternatief bij de bescherming van seminatuurlijke graslanden. Op de onderzochte terreinen was het economisch rendement zelfs iets hoger dan veeteelt met zogende koeien en zeker beter dan melkvee, mulchen of composteren van het maaisel. Joris Vandevelde, Willy Verbeke en Ruben Gybels