Dit inventariserende rapport over biogas is gemaakt tijdens de minor fysieke veiligheid 2011-2012. Onze opdrachtgever de heer Rodenhuis heeft ons de opdracht gegeven om een inventarisatie te maken van de veiligheid rondom biogasinstallaties in Nederland. Dit omdat deze installaties sterk in opkomst zijn en er op het gebied van veiligheid niet erg veel van bekend is. Er is gewerkt vanuit de volgende probleemstelling: ’Op welke manier en onder welke omstandigheden wordt er in Nederland biogas geproduceerd en toegepast? Welke risico’s brengen de productie en toepassingen van biogas met zich mee? In hoeverre is de huidige Nederlandse wet- en regelgeving up to date om de gevaren en risico’s te beperken bij het gebruik van biogas?’
MULTIFILE
De EU en Nederland streven naar significante reducties in broeikasgas- en stikstofemissies tegen 2030. De Nederlandse melkveehouderij draagt met respectievelijk 36% en 48% bij aan de broeikasgasuitstoot en de ammoniakemissies van de landbouw. Het aanzuren van mest met zwavelzuur, zoals in Denemarken, is effectief maar kostbaar. Dit onderzoek evalueert de haalbaarheid van biologisch aanzuren van dierlijke mest met melasse als alternatief, met als doel het verminderen van emissies en het verbeteren van mestverwaarding.Op een melkveehouderij in Someren met circa 100 koeien werd een experiment uitgevoerd waarbij een kleinere mestkelder werd biologisch aangezuurd met melasse en een grotere kelder als controle diende. Beide kelders werden op 6 november 2023 nagenoeg leeggepompt en aan de kleine kelder werd 12% melasse (op initiële hoeveelheid mest basis) toegevoegd. De pH in de aangezuurde mestkelder daalde van 8,1 naar 5,5 in 13 dagen en stabiliseerde op 4,7. Na 9 weken steeg de pH naar 6,0. De aangezuurde dunne fractie bevatte significant meer fosfaat (61%) en de biogasopbrengst steeg met 43% ten opzichte van de controle.Dit onderzoek bevestigt de hypothese dat het toevoegen van organische (rest)stromen aan mestkelders effectief is om methaan- en ammoniakemissies te verlagen en de mestverwaarding te verbeteren. Daarnaast is de aanpak passend binnen de huidige bedrijfsvoering inclusief de regelgeving. De biogasproductie nam significant toe waardoor de mestverwaarding verbeterde.Aanbevolen wordt om de pH van drijfmest rond 5,5 te houden, het verzuringsproces eventueel op te starten met een organisch zuur, en verder onderzoek te doen naar optimale melassedosering, frequenter mengen, en inzet van alternatieve suikerrijke resstromen. Voor borging van het proces zijn implementatie van een pH-monitoringssysteem en aanvullende emissiemetingen noodzakelijk.
MULTIFILE
In order to gain a more mature share in the future energy supply, green gas supply chains face some interesting challenges. In this thesis green gas supply chains, based on codigestion of cow manure and maize, are considered. The produced biogas is upgraded to natural gas quality and injected into the existing distribution gas grid and thus replacing natural gas. Literature research showed that relatively much attention has been paid up to now to elements of such supply chains. Research into digestion technology, agricultural aspects of (energy) crops and logistics of biomass are examples of this. This knowledge is indispensable, but how this knowledge should be combined to help understand how future green gas systems may look like, remains a white spot in the current knowledge. This thesis is an effort to fill this gap. A practical but sound way of modeling green gassupply chains was developed, taking costs and sustainability criteria into account. The way such supply chains can deal with season dependent gas demand was also investigated. This research was further expanded into a geographical model to simulate several degrees of natural gas replacement by green gas. Finally, ways to optimize green gas supply chains in terms of energy efficiency and greenhouse gas reduction were explored.
De landbouw in Nederland zorgt voor een netto CO2- en stikstofuitstoot. Om de druk op het milieu te verminderen is het noodzakelijk deze uitstoot te reduceren. Het aandeel methaan- en stikstofuitstoot van verse mest is relatief hoog t.o.v. de uitstoot bij oude mest. Het is daarom van essentieel belang om verse mest direct te conserveren waardoor de uitstoot van methaan en stikstof minimaal is. Een methode voor het conserveren van mest is de toevoeging van duurzaam mierenzuur uit hernieuwbare energie in de mestkelder om zodoende de pH te verlagen waardoor methaan producerende bacteriën geen kans krijgen om methaan te produceren. Bovendien zorgt de verlaging van de pH voor een betere oplosbaarheid van ammoniak. De productie van mierenzuur kan d.m.v. een PV-katalytische reactie van water en CO2 naar mierenzuur. Uiteindelijk kan de aangezuurde mest worden toegevoegd aan een vergister waardoor een hoge methaanpotentiaal uit de verse mest gehaald kan worden. In dit onderzoek wordt onderzocht: (1) wat de extra methaanopbrengst in een vergister kan zijn door gebruik te maken van aangezuurde verse mest i.p.v. onaangezuurde mest. Hierbij worden methaanpotentialen van mierenzuur, verse mest en aangezuurde mest met elkaar vergeleken; (2) wat de vermeden stikstofemissie kan zijn door mest aan te zuren. Voorafgaande aan de methaanpotentiaalmetingen en stikstofmetingen worden de mestmonsters en mengsels onderzocht op mengbaarheid met mierenzuur en op pH-buffercapaciteit. Met de resultaten kan een procesdiagram voor een pilot ontworpen worden voor een vervolgonderzoek om mest aan te zuren op boerderijschaal en in een later stadium te vergisten. Ook wordt een centrale mierenzuurproductie faciliteit doorgerekend. Hierbij wordt het mierenzuur naar de veehouderij aangevoerd en de verzuurde mest afgevoerd. Veehouders zonder vergister kunnen dan ook deelnemen aan het mierenzuurvergistingsproces. Uiteindelijk zal het mierenzuur-in-de-stal vergistingsconcept bijdragen aan vermindering van de methaan- en de ammoniakemissie en de gasopbrengst uit verse mest verhogen.
De behoefte bij de industrie en woningen aan duurzame warmte kunnen agrariërs invullen met biogas. In Oost-Nederland is de potentie voor biogas groot. Binnen de melkveesector zijn er concepten ontwikkeld voor grotere veehouders (> 300 koeien) om met mono-mestvergisting groen gas te produceren, alsmede het digestaat te verwerken tot producten die buiten de boerderij worden afgezet. Dergelijke installaties zijn voor kleinere veehouders (90-300 koeien) niet rendabel. In Overijssel zijn er veel van dergelijke bedrijven. Productie van biogas en verwerking van digestaat is voor hen alleen in coöperatieve vorm via een biogashub economisch interessant te maken en door specifieke innovaties toe te passen die leiden tot verdere kostprijsverlaging of verbetering van de biogasproductie. In Noord Deurningen is de afgelopen jaren aan een coöperatieve biogashub gewerkt en fase 1 daarvan wordt begin 2019 in gebruik genomen. Veehouders van het buurtschap Oxe hebben ook plannen hiervoor. De business case blijkt echter lastig, daarnaast is er nog weinig tot geen praktijkervaring met biogashubs, wat nieuwe initiatiefnemers remt om plannen te ontwikkelen. Oplossingen hiervoor moeten gezocht worden in mogelijkheden om de biogasproductie te vergroten, nieuwe verdienmodellen en verwerkingstechnieken voor het digestaat. In dit project werkt Saxion samen met CCS, agrarische MKB bedrijven en de branche-organisatie BEON aan het verbeteren van de business case voor biogashubs als onderdeel van de energietransitie en een circulaire melkveehouderij. Het onderzoek omvat onderzoek aan technische innovaties en deze in de praktijk brengen, daarnaast technologische, financiële en juridische verkenningen van nieuwe mogelijkheden en verdienmodellen om de productie van biogas te verhogen en de meststoffen in coöperatieve vorm te kunnen verwaarden. Aan het project zullen studenten van diverse Saxion opleidingen werken. Er wordt via publicaties en bijeenkomsten voor gezorgd dat de juiste impact binnen de provincie Overijssel en nationaal wordt gecreëerd. Coöperatieve biogashubs: een onmisbaar onderdeel van lokale, duurzame energievoorziening!
Het stabiel operationeel houden van anaerobe vergisters van organische afvalstromen (bijvoorbeeld mest, voedselafval of zuiveringsslib) is een grote uitdaging. Veel vergisters draaien daardoor suboptimaal of staan zelfs helemaal stil, met economische schade voor de boer, leveranciers van biovergisters, als samenleving door minder omzetting van circulaire grondstoffen tot bijvoorbeeld vetzuren of methaan. Mechanistische modellen worden toegepast voor geautomatiseerde procesregeling, maar de onderliggende microbiële en fysisch chemische processen zijn dusdanig gecompliceerd dat de regeling weinig robuust is. Daarentegen kan kunstmatige intelligentie –en met name Artificial Neural Network (ANN)– systeemgedrag beschrijven zonder voorkennis van de in de bioreactor optredende mechanismen. ANN-modellen hebben met succes biogasproductie voorspeld en geoptimaliseerd met specifieke input- en outputparameters. Dit voorstel beoogt een Slimme Procesregeling voor Anaerobe VERgisters en geeft de aanzet tot een ANN-model dat in staat is om het vergistingsproces onder verschillende omstandigheden te voorspellen op basis van gegevens verkregen uit literatuuronderzoek en experimenten. Een vervolgproject kan dit uitbouwen naar een nauwkeuriger ANN-model dat een proactieve regelstrategie kan geven voor de vergisters in het werkveld van onder andere de projectpartners HoSt en Methaplanet. Vernieuwend is de kruisbestuiving tussen verwaarding van organische reststromen met kunstmatige intelligentie in een samenwerkingsverband tussen de Saxion-lectoraten Duurzame Energievoorziening, Ambient Intelligence, de UT-vakgroep Discrete Mathematics and Mathematical Programming, genoemde vergisterleveranciers en ToPerform. Dit moet leiden tot een betere benutting van organische reststromen door middel van vergisting. Het voorstel past daarom binnen het thema “Chemische processen en technologie”, van de GoChem-missie Duurzame Chemie. Beoogde projectresultaten zijn: 1. Een trainingsset van empirische data die procesparameters kan relateren aan procesfalen voor verschillende soorten organische reststromen; 2. Een opzet voor een ANN die met geleverde trainingsset de mogelijkheid voor een proactieve regelstrategie voor vergisters aantoont; 3. Een aanzet voor een vervolgproject om de ANN uit te werken tot een proactieve regelstrategie voor de mkb-partners in het werkveld.
