Power to methane provides a solution to a couple of two problems: unbalanced production and demand of wind plus solar power electricity and the low methane content of biogas by storing electricity via hydrogen into methane gas using carbon dioxide from biogas and methanogenic bacteria. The four-year project is performed by a consortium of three research institutes and five companies. In WP1 the-state-of- the-art of scientific knowledge on P2M technology is reviewed and evaluated.
Wind and solar power generation will continue to grow in the energy supply of the future, but its inherent variability (intermittency) requires appropriate energy systems for storing and using power. Storage of possibly temporary excess of power as methane from hydrogen gas and carbon dioxide is a promising option. With electrolysis hydrogen gas can be generated from (renewable) power. The combination of such hydrogen with carbon dioxide results in the energy carrier methane that can be handled well and may may serve as carbon feedstock of the future. Biogas from biomass delivers both methane and carbon dioxide. Anaerobic microorganisms can make additional methane from hydrogen and carbon dioxide in a biomethanation process that compares favourably with its chemical counterpart. Biomethanation for renewable power storage and use makes appropriate use of the existing infrastructure and knowledge base for natural gas. Addition of hydrogen to a dedicated biogas reactor after fermentation optimizes the biomethanation conditions and gives maximum flexibility. The low water solubility of hydrogen gas limits the methane production rate. The use of hollow fibers, nano-bubbles or better-tailored methane-forming microorganisms may overcome this bottleneck. Analyses of patent applications on biomethanation suggest a lot of freedom to operate. Assessment of biomethanation for economic feasibility and environmental value is extremely challenging and will require future data and experiences. Currently biomethanation is not yet economically feasible, but this may be different in the energy systems of the near future.
Excess of renewable electricity from wind turbines or solar panels is used for electrolysis of water. To store this renewable energy as methane, the hydrogen is fed to an anaerobic digester to stimulate biological methanation by hydrogenotrophic methanogens. This workpackage focusses on the best ways for hydrogen delivery and the community changes in a biomethanation reactor as a result of hydrogen supply.
In dit KIEM-project verkennen we de haalbaarheid van een nieuw concept voor energietransitie en circulaire economie: EnTranCe-for-a-Community. Dit is een generiek concept voor draagvlak voor lokale waarde-creatie en groene energieproductie. Na discussies met ons werkveld implementeren we EnTranCe-for-a-Community hier als een publiekskas met technologie om lokale biomassa om te zetten in groene energie (gas) en biocompost. We onderzoeken of dit concept een aantrekkelijke uitbreiding is voor lokale energie-initiatieven en energiecoöperaties (doorgaans bezig met zon en/of wind) als alternatief voor aardgas of een warmtenet. We willen weten of en hoe het realiseren van een EnTranCe-for-a-Community-project op een concrete locatie kansrijk is. Dat kansrijk zijn wordt op drie niveaus onderzocht: (a) de bijdrage aan de lokale energietransitie (kosten/baten); (b) de bijdrage aan een lokale circulaire economie door verwaarding van lokale biomassa (kosten/baten) en (c) de bijdrage aan draagvlak en enthousiasme (en dus praktische haalbaarheid) voor deze ontwikkelingen, door het nauw betrekken van lokale stakeholders bij de studie en eventuele implementatie. EnTranCe-for-a-Community combineert eerder opgedane kennis en kunde op een innovatieve manier en beoogt lokale energietransitie te verbreden naar lokale biomassa. Deze haalbaarheidsstudie wordt uitgevoerd door een nieuw samenwerkingsverband van partners uit de coöperatieve en lokale energiesector, MKB en het expertisecentrum EnTranCe van de Hanzehogeschool Groningen. Allen dragen bij aan de haalbaarheidsstudie met kennis, kunde en netwerken die nodig zijn voor dit onderzoek en voor realisatie op langere termijn, indien voldoende kansrijk. We gebruiken de beproefde iteratieve Lean Startup-aanpak, die juist is ontwikkeld voor dit type complexe en multidimensionale projecten. We gaan komen tot een business en een mission model voor eventuele toekomstige implementatie ergens in Groningen op basis van de gedocumenteerde kansrijkheid van het concept. Op die manier zal dit KIEM-project de basis leggen voor een veel groter projectvoorstel voor verdere realisatie.
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.
Waarde creëren uit afval door methaan om te zetten in duurzame plastic alternatieven Methaan is een krachtig broeikasgas dat aanzienlijk bijdraagt aan de opwarming van de aarde. Nationale en internationale overeenkomsten vragen een aanzienlijke reductie van broeikasgassen in 2030 (49% t.o.v 1990). In Europa is meer dan 60% van de methaanemissies afkomstig van landbouw (40%) en (organisch) afval (20%) (1). Een deel van het geproduceerde methaan kan worden hergebruikt door het om te zetten in warmte en elektriciteit. Een groot deel van deze methaan houdende uitstoot kan echter niet worden gebruikt, vanwege te lage methaanconcentraties en/ of onvoldoende hoeveelheden. Dit is het geval voor bronnen, zoals stortplaatsen en kleine vergisters. Hier wordt methaan uiteindelijk afgefakkeld of uitgestoten naar de atmosfeer, terwijl het een groot potentieel heeft om te worden omgezet in biobased materialen, zoals bioplastics. Dit project zal onderzoeken of methaan bronnen die nu (deels) onbenut worden, gebruikt kunnen worden voor de productie van waardevolle materialen. Hierbij focussen we op biogassen uit stortplaatsen en vergisters waaruit het bioplastic PHB geproduceerd kan worden. Er is een potentie van 158.000 ton PHB per jaar, alleen al in Nederland. M2M heeft twee hoofddoelen: 1. Om methaan houdend biogas te recyclen tot duurzame plastic alternatieven. Methaan kan met behulp van micro-organismen biologisch omgezet worden in het biopolymeer polyhydroxybutyraat (PHB). Dit zal eerst op laboratorium schaal uitgetest worden en waarna een biofilter installatie zal worden ontworpen. 2. Het bestuderen van de haalbaarheid om methaan uit biogas te gebruiken voor PHB-productie met een methaan-bron die hiervoor nog niet eerder is onderzocht. Aangezien PHB een biologisch afbreekbaar polymeer is, draagt dit project bij aan vermindering van wereldwijde plasticvervuiling. Potentiële hernieuwbare koolstofbronnen, die kunnen worden gebruikt voor de productie van biopolymeer, leveren een bijdrage aan een circulair 'waste to value'-systeem.
