Biogas

Theorie

Groen gas is biogas, dat wordt opgewerkt tot aardgaskwaliteit. In Europa staan ongeveer 500 installaties die door middel van membraanscheidingstechnologie de CO2 uit het biogas halen en het percentage methaan tot ongeveer 90 procent opvoeren. Daarmee is het biogas opgewaardeerd tot gas van aardgaskwaliteit en wordt het groen gas genoemd. Nederland telt 26 installaties die dit proces uitvoeren.

Technieken om de certificering van groen gas uit te breiden, zijn beschikbaar. Het totale aardgasverbruik in Nederland bedraagt nu ongeveer 38 miljard kubieke meter per jaar. Daarvan kan 3 tot 5 mrd kuub worden opgevuld door groen gas. De totale aardgasconsumptie zal de komende jaren sterk afnemen, omdat Nederland van het gas af moet. In voorstellen in het klimaatakkoord worden hoeveelheden als 2 mrd kubieke meter groen gas genoemd voor 2030; als dat gehaald moet worden, is er nog een wereld te winnen.

Groen gas wordt genoemd als alternatief voor aardgas. Uitstootvrij is het gas niet, maar de uitstoot ligt ongeveer 35 procent lager dan bij aardgas.

Als je te veel stroom opwekt kan je water splitsen in waterstof en zuurstof. Bakterien kunnen die waterstof met CO2 omzetten in CH4 (methaan, aardgas) dat via het aardgasnetwerk naar de huizen kan.

biogasBij het zuiveren van afvalwater komt slib vrij. In Nederland ongeveer 20 kilo per hoofd van de bevolking per jaar. De verwerking van dit slib is duur en kost veel energie. Door heel Nederland zijn hiervoor zon 90 slibverwerkingsinstallaties gebouwd. Onder de naam Columbus heeft Royal Haskoning een nieuw proces ontwikkeld en gepatenteerd. Columbus is een energie-efficiënte biomassavergister, die 30 procent goedkoper is om te bouwen en 70 procent minder energie verbruikt dan de gangbare installaties in Nederland. Het proces levert daarnaast nog biogas op, waardoor Columbus ook bespaart op de operationele kosten van de afvalwaterzuivering. Biogas (groen gas) bestaat voor 60% uit CH4 en 40% uit CO2. Dat moet eruit want in het aardgasnet zit 95% CH4.

Mest vergist te weinig en je moet er vezels aan toevoegen, zoals maïsafval of groenafval. Het bijmengen kan duur zijn. Nederland heeft veel mest en men kan er 2 miljard m3 gas uit halen = 5 % van het totaal.
Een woonwijk van Deventer wordt verwarmd door biogas. Boeren sluiten hun vergistingstanks aan op elkaar en leveren dan aan het net (na eerst de CO2 eruit gehaald te hebben). 

De partij voor de dieren is niet blij met mestvergisters. Zij stellen: 

Uit onderzoek van KRO Reporter blijkt dat er gefraudeerd wordt en illegale stoffen worden toegevoegd aan de mest. Daardoor ontstaat in de mestvergisters een gevaarlijke cocktail en raakt landbouwgrond ernstig vervuild. Energie uit mest is op geen enkele manier groen te noemen, maar wordt voor tientallen miljoenen gesubsidieerd uit potjes voor duurzame energie. Daarbij maakt het ons afhankelijk van energie uit de vee-industrie.

Veel projecten rond mestverwaarding sneuvelden tot op heden door technische problemen, hoge kosten en het uitblijven van rendement. De huidige mestverwerking is vooral gericht op het wegwerken van een mestoverschot. Maar de drijfmest, digestaat uit mestvergisting en de daaruit gemaakte mestkorrels die nu worden gebruikt, zijn meestal van beperkte waarde voor gras en gewas, en moeten dan worden aangevuld met kunstmest. Dat veroorzaakt mede de huidige milieuproblemen door bemesting. Dat terwijl dierlijke mest in de basis een zeer goede grondstof is voor bodembemesting. Een programma dat in 2019 is opgericht, richt zich daarom op de kwaliteit van het product dat je uit mest maakt: een emissiearme bemesting die goed is voor bodem, bodemleven en bodemvruchtbaarheid.’

Van vergisting naar vergassing

Groen gas wordt op dit moment voornamelijk geproduceerd door vergisting van afval. Daarmee worden de koolhydraten (suikers), het vergistbare deel van biomassa, omgezet in energie. Dit is echter slechts 20 procent van de biomassa. Die techniek is eigenlijk alleen duurzaam wanneer ook de overige 80 procent van de biomassa wordt gebruikt, bijvoorbeeld voor het maken van diervoeding uit gefermenteerd grassap. Of wanneer de reststromen worden gebruikt als digestaat (vergiste biomassa, red.) of meststoffen.

Om het rendement te vergroten en de volumes van groen gas echt te kunnen opschalen, werkt Gasunie samen met SCW Systems aan een techniek die superkritische watervergassing wordt genoemd. De prototype-reactor en de eerste reactor van de demonstratie-installatie op het Energy Innovation Park in Alkmaar hebben bij elkaar inmiddels meer dan duizend testuren gedraaid.

Het lijkt op een snelkookpan. Daarmee kun je water bij een hoge druk op een hogere temperatuur dan 100 graden brengen, zonder dat het verdampt. Water blijft bij een druk van 221 bar tot 374 graden vloeibaar. Laat je de druk, de temperatuur of beide nog verder oplopen, dan bereikt het water de superkritische fase.
In de superkritische fase splitst natte biomassa, zoals rioolslib, in methaan, waterstof en CO2.  Met deze techniek zet men 100 procent van de natte biomassa om naar moleculen, in plaats van de 20 procent die we via vergisting kunnen omzetten. Die moleculen worden vervolgens opgewerkt tot groen gas, met dezelfde bestanddelen en kwaliteit als aardgas.

Als het allemaal lukt dan kunnen aanbieders gegarandeerd hun natte biomassa afzetten en afnemers kunnen gegarandeerd groen gas inkopen. Dan is het geen vraag meer óf we die 2 tot 3 miljard kuub groen gas bereiken voor 2030, maar wanneer.

Biogas op 700 meter diepte maken

Hoe werkt het? Versnipper de afvalcellulose (niet eetbare plantenresten) wordt vermengd met water en in de pijp van de Gravity Pressure Vessel gepompt. Onder druk gaat het mengsel naar het reactorvat op 700 meter diepte. De temperatuur is daar door de druk van 70 bar op te voeren tot ongeveer 250 graden Celcius. Om zulke omstandigheden op de begane grond te creëren is zoveel energie nodig, dat de operatie financieel niet uit kan. Dan wordt eerst zuurstof toegevoegd om lignine te verbranden. In de binnenpijp op de weg naar boven wordt zuur toegevoegd. Dit initieert de hydrolyse reactie. Na korte tijd wordt deze tot staan gebracht door de toevoeging van loog. Men houdt dan een vloeibare substantie over waarin C6 en C5 suikers zijn opgelost, die via de binnenpijp naar boven worden geleid. Hierbij wordt de warmte afgegeven aan de neerwaartse stroom in de buitenpijp. Boven wordt de oplossing gezuiverd en geleid naar vaten waar hij wordt vergist naar ethanol.”De installatie levert dus twee producten op: biogas en bio-ethanol. Het biogas wordt ingevoed in het gasnetwerk nadat het is bewerkt tot de benodigde gaskwaliteit. De bio-ethanol wordt bijgemengd in benzine. De vrijgekomen CO2 wordt afgevangen, waarna het kan worden hergebruikt of worden verkocht aan de glastuinbouw

Vergisten naar aardgas (groen gas)

Men kan verbranden maar ook vergisten -> aardgas.  In 2010 tientalen miljoenen m3 van de 45 miljard kuub die we verbruiken.
In 2020 2 miljard kuub uit (vis)afval. = 1/7e van de 14% duurzame energie die we in 2020 in Nederland willen opwekken.
Maar het concurreert met veevoer.
Het is Food-Feed-Fuel-Fiber (voedsel-veevoer-biobrandstof-vezels) Het beconcurreert elkaar onderling.
Van de dieren die we slachten blijft 50 % over. Dat mag niet meer verwerkt worden tot veevoer vanwege de gekke koeien ziekte. Nu wordt alles gedroogd en opgestookt. Als we er de hersenen en het ruggenmerg uit zouden halen zou het wel veevoer kunnen worden en dat scheelt 40 % van de soja import.

Biogas heeft 60 % CH4 en 40 % CO2. Dat moet er uit zodat je 95 % CH4 over houdt. Mest vergist te weinig dus moet je vezels (maisafval) toevoegen. Dat bijmengen kan duur zijn. Uit de Nederlandse mestoverschotten kan men in potentie 2 miljard kuub gas halen = 5 % v.d. vraag. 

Nederland telt ongeveer 1,5 miljoen melkkoeien die met elkaar een dikke 11 miljoen ton melk produceren. Dat is veel en veel meer dan we met z’n allen op kunnen. Het grootse deel wordt dan ook als kaas, boter en melkpoeder geëxporteerd. Dat levert Euro’s op en het houdt ons landje groen. Samen met ongeveer 2,5 miljoen stuks jongvee en vleeskoeien en 0,7 miljoen schapen vreten ze een enorme hoeveelheid gras en daardoor bestaat ongeveer de helft van het oppervlak van ons land uit grasland. Vroeger noemden we dat weiland, maar dat klopt niet meer want het meeste melkvee staat tegenwoordig op stal en het gras wordt voor hen gemaaid en ingekuild.

De mest van het melkvee wordt in de mestkelders verzameld totdat het over het land uitgereden kan worden. De cellulose in het gras is moeilijk verteerbaar, maar dankzij het ingewikkelde stelsel van magen en een bijzondere darmflora kunnen herkauwers het grootste deel van de energie en voedingsstoffen er toch uit halen. De vertering van het gras is echter niet helemaal volledig. De mest bevat nog aardig wat organische stof en daarmee een deel van de zonne-energie die er in was vastgelegd. Die rest-energie kunnen we er uit halen door in een speciale installatie de mest gecontroleerd te laten vergisten. Per koe kan dat ongeveer 2 m3 methaangas per dag opleveren. Onze hele melkveestapel zou per jaar dus ca 1 miljard m3 methaangas kunnen opbrengen.

Maar dat is theorie. In de praktijk blijkt dat de vergisting van pure koeienmest niet goed verloopt. Dat probleem kan opgelost worden door bijmenging met andere organische reststoffen, zoals de mest van legkippen, varkensmest en reststoffen uit tal van voedselverwerkende industrieën. Uiteindelijk moet er nog wat maïs bij en met een optimale mengverhouding van al die mest en reststoffen zouden we op die manier in Nederland zelfs 10 miljard m3 biogas kunnen maken. Op het totale Nederlandse verbruik van ca 50 miljard m3 aardgas per jaar is dat een aardige slok op een borrel.

Een dergelijke vergroening van ons energieverbruik zou op zich al mooi zijn. Het effect op het terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen is echter veel groter dan dat. In de huidige situatie ontstaat een groot deel van dat biogas spontaan in de mestkelders en in stortplaatsen voor organisch afval. Hoeveel methaan daarbij ongecontroleerd de lucht in gaat is moeilijk te schatten. Zelfs als deze spontane emissie maar 20 % is van de hoeveelheid die er bij gecontroleerde vergisting valt uit te halen, is de betekenis daarvan enorm. Dat komt doordat methaan als broeikasgas in de atmosfeer een veel groter effect heeft dan koolzuurgas. Men neemt aan dat het effect van een kg methaan op korte termijn (20 jaar) een factor 72 en op lange termijn  (100 jaar) een factor 21 groter is dan van een kg koolzuurgas. Voor de tijdspanne die we nog voor de energietransitie hebben voordat we over de drempel van 2 graden opwarming gaan, is het beter met 30 – 50 jaar te rekenen en dus met een omrekeningsfactor van 50. Je kunt de methaanemissie daarmee omrekenen naar CO2 equivalenten.

Na enig rekenwerk kun je vaststellen dat we in de huidige situatie door verbranding van 50 miljard m3 aardgas 100 miljoen ton CO2 ontstaat en dat door ongecontroleerd verlies van 2 miljard m3 methaan uit meststoffen en andere reststoffen 70 miljoen ton CO2 equivalenten in de atmosfeer komen. Zouden we op grote schaal alle mest en reststoffen gaan vergisten om 10 miljard m3 groen gas te maken, waarmee aardgas of diesel kan worden vervangen, dan kunnen we de totale emissie van 170 tot 80 miljoen ton CO2 equivalenten terugdringen. Dat is dus geen kleinigheidje.

Waarom doen we dat dan niet? Het antwoord is even eenvoudig als onthutsend. In Nederland zijn recent al ongeveer 80 dergelijke mestvergisters gebouwd, maar daarvan zijn er 50 financieel niet rendabel. De Nederlandse staat geeft grootverbruikers een drastische vermindering van energiebelasting en heft daarentegen energiebelasting en BTW over groene energie. Het gaat niet om centen maar om dubbeltjes. Elke m3 gas geleverd aan kleinverbruikers levert de staat minstens een kwartje aan belastingen en elke kWh elektriciteit bijna 15 cent. De industriële grootverbruikers betalen vrijwel geen energiebelasting en BTW en krijgen dus bij elkaar voor enkele miljarden Euro’s korting op deze heffing. Dat is de omgekeerde wereld. Grootverbruikers zouden extra moeten worden belast om ze tot zuinigheid aan te sporen en groene energie zou vrijgesteld moeten zijn van energiebelasting.

Door slechts één miljard Euro belastingdruk te verschuiven van de biogasboer naar de grote industrie zou de opbrengst van het biogas al verdubbelen. Op die basis kunnen er dan in Nederland nog 4000 mestvergisters gebouwd kunnen worden die dan op een rendabele manier biogas kunnen produceren. Dat vergt een investering van 8 miljard Euro maar dat hoeft de staat niets te kosten want het is een investering die een voldoende hoog rendement heeft. Zowel financieel als voor de werkgelegenheid en de vermindering van broeikasgas. Helaas worden we geregeerd door heel erg kortzichtige ongeschoolde mensen die zich laten gijzelen door een klimaatscepticus en lobbyisten van de grote industrieën.

xander-van-mechelen-groen-gas-nederland-gasontwikkelingen-nederland-en-europa-2014-3-638 xander-van-mechelen-groen-gas-nederland-gasontwikkelingen-nederland-en-europa-2014-7-638

xander-van-mechelen-groen-gas-nederland-gasontwikkelingen-nederland-en-europa-2014-15-638 
xander-van-mechelen-groen-gas-nederland-gasontwikkelingen-nederland-en-europa-2014-19-638 

xander-van-mechelen-groen-gas-nederland-gasontwikkelingen-nederland-en-europa-2014-20-638


Mestvergisting in de praktijk

Langs de Schaarsestraat in Bergharen bij een melkveebedrijf van Pieter Theunissen staat sinds 2009 een biogasfabriek. Zijn bedrijf met 200 melkkoeien plus 150 stuks jongvee fungeert als energiebron. Maar om die energie eruit te halen moest wel eerst een slordige 2 miljoen worden geïnvesteerd. De enorme mestvergister van 3500 m3 wordt netjes op 37 graden gehouden en dagelijks aan de bovenkant gevoerd met ongeveer 60 ton (natgewicht) mest en ander fijngehakt materiaal. Na ongeveer twee maanden in de bioreactor, komt de verteerde rest er aan de onderkant weer uit. Het vocht wordt eruit geperst en kan over het weiland uitgereden worden. De koek kan als meststof bij de fruittelers afgezet worden. Het hoofdproduct is zo’n 6700 m3 biogas per dag, genoeg om het jaarverbruik van ruim 1000 huishoudens te dekken.

Het liefste zou Pieter dat gas direct aan het gasnet toevoegen. Helaas kan dat nog niet. Het gas zou dan eerst moeten worden voorbehandeld om de kwaliteit gelijkwaardig aan die van aardgas te krijgen. De E.ON Hansen in Duitsland doet dat al wel. In Bergharen gaat het gas nu zonder enige voorbehandeling in een grote gasmotor die er via een dynamo elektrische stroom van maakt. Die stroom kan wel aan het net worden geleverd. Een groot deel (55%) van de energie-inhoud gaat daardoor echter als warmte verloren. Pieter heeft momenteel geen toepassing voor die warmte. Wellicht kan hij er de uitgegistte mest mee drogen en pasteuriseren. Dan kan hij het dat naar Frankrijk exporteren. In de wijnbouw zitten ze te springen om meststoffen. Het verrijden van natte meststoffen is te duur en het wordt om hygiënische reden ook niet toegelaten.

De geproduceerde elektriciteit is veel meer dan hijzelf op het bedrijf nodig heeft en genoeg om het gemiddelde verbruik van 1300 huishoudens te dekken. Helaas gaat dat ook niet direct, maar via de NUON of een andere leverancier. Pieter krijgt dan maar 5,7 Eurocent per kWh terwijl de huishoudens er 23 cent voor moeten betalen. Er blijft dus heel wat geld aan de strijkstok hangen. De energiebelasting en BTW alleen al zijn 40 % dus 9,2 cent/kWh.

Als je zo weinig geld voor de stroom krijgt en de helft van de energie gaat als warmte verloren, is het dan wel rendabel?” Vraag ik.

“Nee, dat is het niet. Er moet geld bij en die komt er via een MEP subsidie om te zorgen dat je gedurende de eerste periode net wel rendabel kan draaien. Dat is op dit moment 9,7 cent per kWh.”

Dus je krijgt slechts 0,5 cent meer subsidie dan de overheid aan belastingen bij de consument afroomt. Die subsidie is dus eigenlijk een sigaar uit eigen doos.” Is mijn conclusie. “Zo heb ik het nooit bekeken maar het is wel zo.”

Als dat kan, waarom heeft dan nog niet elke melkveehouder zo’n mooie installatie?” vraag ik.

“Daar zijn meerdere reden voor. Allereerst de kosten. Van de 80 reeds bestaande installaties in Nederland draaien er zeker vijftig ondanks de subsidie met verlies. De komende jaren zullen er dan ook een heleboel noodgedwongen gaan stoppen. Een tweede reden is de beschikbaarheid van voldoende afvalstoffen om bij te mengen. De koeienmest is maar 30% van de voeding en levert maar 10% van de energie. Om het proces goed te laten verlopen is er 15% mest van legkippen en 5% varkensmest nodig en daarnaast nog 50% plantaardige restproducten. Dat is onder andere maïs. Die maïs heb ik altijd op voorraad, maar al naar gelang de beschikbaarheid op de markt, wordt die zo veel mogelijk vervangen door goedkopere regionale restproducten. Wij zitten hier in een gebied met voldoende regionaal aanbod. Er is waarschijnlijk genoeg voor nog een tweede of derde installatie in heel Maas en Waal, maar dan houdt het op.

Die reststoffen komen bijvoorbeeld van de conservenindustrie, overjarig sapconcentraat van de sapverwerkers, koffiedik van de oploskoffie­fabriek, witlofwortels, piekproductie van wei en bietenstaartjes enzovoorts. Soms doen we er zonnebloemen bij die op braakliggende percelen of als wisselbouwgewas worden geteeld. Die zonnebloemolie heeft het grote voordeel dat het de schuimvorming in het proces onderdrukt. Het kopen van dergelijke restproducten is een vak apart. Soms krijg je geld toe, soms moet je bijbetalen, dat hangt af van de energieinhoud en of er een alternatieve afzet is. Als het ook als varkensvoer kan dienen, is de prijs voor ons al te hoog. Wij zijn dus geen concurrent van de varkensboer.

Dat kan in Duitsland anders zijn. Daar krijgt de boer twee keer zo veel geld voor groene energie en kan dus een hogere prijs bieden voor afvalstoffen. Veel producten zouden anders in het riool verdwijnen of op de vuilstort terechtkomen. Dat is niet alleen slecht voor het milieu maar het kost de ontdoener ook een hoop geld. Dankzij de buffer van maïs kan ik pieken in het aanbod van andere reststoffen verwerken. Bij elk product moet ik wel goed opletten dat het is toegestaan, dat het voldoende energie bevat en dat het ons proces niet verstoort. Bermgras bijvoorbeeld levert te weinig energie, bevat te veel zware metalen uit uitlaatgassen en slijtsel van autobanden en bevat bovendien te veel grof zwerfvuil waar mijn machines op stukdraaien. Kippenmest van slachtkippen bevat weer te veel antibiotica, maar mest van legkippen is prima vanwege de kalk. Kalk buffert de verzuring in het proces. De derde reden dat niet alle melkveehouders dit doen is dus dat het nogal wat vakkennis vereist. Je moet niet alleen in de afvalstoffenhandel thuis zijn, maar ook een goede procesoperator en een halve chemicus. De methaanbacteriën in de reactor zijn heel gevoelig. Als het proces even verstoord raakt door verzuring of een kapotte pomp, maak je gelijk grote verliezen. “

Is het eigenlijk wel verantwoord om biogas te maken van maïs? Dat gaat toch ten koste van voedselproductie?

“Zo moet je dat niet zien. Voor mijn melkveebedrijf heb ik 100 ha grasland, 50 ha maïs en de graanopbrengst van 50 ha land nodig. Zonder vergisting zou een groot deel van de energie inhoud van deze gewassen als warmte van de koe en als methaangas de lucht ingaan. Methaangas is een zeer schadelijk broeikasgas.” (Ik heb even nagekeken hoe erg. Op korte termijn (20 jaar) is methaan 72 keer en op lange termijn (100 jaar) 21 keer zo erg als koolzuurgas. Voor de middellange termijn kunnen we een factor 50 rekenen.) Een melkkoe produceert normaal 2500 liter methaangas per dag, waarvan 400 liter direct via de mond uit de maag komt en de rest uit de mest. De hoeveelheid broeikasgas die Pieters veebedrijf anders zou produceren (182.550 m3 methaan/jaar) is te vergelijken met 6517 ton CO2 equivalenten ofwel met dat van een wagenpark met ruim 3000 auto’s.

“Door 25 ha land extra met maïs te verbouwen kan ik het grootste deel van de methaanuitstoot tegengaan en bovendien hiermee het gebruik van fossiel aardgas vervangen. Vanuit het klimaatprobleem bekeken is dit zeer gunstig. Het is ook gunstig vanwege de meststoffen-huishouding, omdat ik voor het droge restproduct een grotere afzet heb. Het is ook gunstig vanuit het milieu, omdat er minder reststoffen gestort of geloosd hoeven te worden. Uiteindelijk is het ook economisch gunstig omdat de subsidie van de overheid eigenlijk weer via belastingen terugkomt. Als straks de energie nog wat duurder wordt, en als het lukt om het gas na voorbehandeling aan het gasnet toe te voegen, dan wordt het hele verhaal nog mooier.”

Het verhaal kan nog veel mooier worden als we het digestaat gaan gebruiken om eendenkroos te kweken. Dit plantje heeft een enorm hoge eiwitopbrengst en kan de geïmporteerde soja in het veevoer vervangen.

Ik ben onder de indruk, maar blijf toch zitten met de opmerking dat er elders in het land een stuk of vijftig dergelijke bedrijven zijn, die de zaak niet voor elkaar krijgen. Het is een triest gevolg van een volkomen absurd energiebeleid. De overheid geeft wel per kWh een dubbeltje korting op de energiebelasting voor grootverbruikers, maar is niet bereid om over groene energie de energiebelasting consequent te verminderen.

Han Blok  Duurzaam nieuws.nl 22-1-2014



Biogas

vergistingsschema.jpg

Websites

 

Biogas processtappen bij de productie van biogas/


 

 

 

biogas Biogas
 
 

 

Wie hier goede websites bij weet die graag mailen naar Dit e-mailadres wordt beveiligd tegen spambots. JavaScript dient ingeschakeld te zijn om het te bekijken.