Uit het project Next Level Mestverwaarden komt naar voren dat een gecombineerde aanpak van dagelijkse mestafvoer, mestvergisting en stikstofstripping gelijktijdig verschillende milieuproblemen kan adresseren. Deze methoden kunnen de uitstoot van ammoniak met minstens 55 procent bij rundvee en tot 90 procent bij varkens verminderen. Daarnaast is een verlaging van de methaanemissie mogelijk met 65 procent bij kalveren en 90 procent bij zowel rundvee als varkens.
Parallel hieraan genereert de veehouderijsector groen gas en een alternatief voor kunstmest, wat bijdraagt aan een circulaire landbouweconomie, en dit kan gegarandeerd worden.
De agrarische sector werkt al vele jaren aan onderzoek gericht op het verlagen van emissies van ammoniak, methaan en andere broeikasgassen. Uit het project Next Level Mestverwaarden is gebleken dat door toepassing van technologie aanzienlijke verbeteringen mogelijk zijn op het gebied van emissiereductie bij zowel rundvee-, varkens- als kalverhouderijen. Dit deelt projectleider Nico Verdoes van Wageningen University & Research (WUR) mee.
Binnen het kader van dit project zijn de kansen van verschillende innovatieve technologieën binnen de veehouderij onderzocht. Er is daarbij niet alleen aandacht besteed aan de emissies in de stal, maar ook aan die op het veld. Verdoes benadrukt dat het beperken van emissies binnen de stal alleen onvoldoende is als ammoniak en methaan tijdens opslag of het verspreiden op het land vrijkomen, aangezien dit de totale emissiereductie door de veehouderijsector niet ten goede komt.
Stap 1
De eerste stap omvat het verminderen van emissies binnen de stal door ofwel directe scheiding van vaste mest en urine ter plaatse, of het toepassen van dagelijkse, en bij voorkeur zelfs elk uur, mestafvoer, zegt Harm Wientjes, projectaccountmanager bij DLV.
Het enzym urease, dat ammoniakvorming initieert, komt in actie wanneer het in contact komt met urine in vaste mest. Door een onmiddellijke scheiding wordt de kans op deze reactie verkleind. Zonder deze scheiding dient de mest snel naar een vergister te worden overgebracht om de activiteit van urease te stoppen. ‘Zelfs als de mest gescheiden is, is het aan te raden deze direct naar de vergister te sturen’, aldus Jan Roefs, directeur van het Nederlands Centrum Mestverwaarding.
‘Effectief scheiden is echter een uitdaging. Vaak bevat urine alsnog mestdeeltjes, wat alsnog tot emissies leidt’, merkt René Cornelissen, directeur van CCS Energie-advies, op. En het samen vergisten van mest en urine levert een hogere productie van groen gas op dan enkel van de vaste fractie. Idealiter zou men de vloeibare fractie gasdicht moeten bewaren en bij voorkeur de ammoniak moeten extraheren met een stikstofstripper.
Direct naar de biogasinstallatie
Volgens Cornelissen is het cruciaal dat mest snel verwerkt wordt in de vergister om de vrijgave van ammoniak in de lucht te minimaliseren en zoveel mogelijk methaan te vangen. Hij is samen met varkenshouder Willy Tijs mede-eigenaar van een installatie voor de vergisting van varkensmest in Hoge Hexel, Overijssel.
Binnen de vergistingsinstallatie zetten bacteriën onder ideale omstandigheden methaan om uit de mest. Dit proces vindt eveneens plaats in mestkelders of opslag, maar verloopt daar langzamer en resulteert in methaanverlies aan de atmosfeer, waar het als een krachtig broeikasgas fungeert. Methaan heeft een opwarmingspotentieel dat 27 keer hoger ligt dan dat van CO2.
In de hermetisch gesloten vergister wordt methaan effectief opgevangen, resulterend in een gasmengsel van 60 tot 65 procent methaan en CO2. ‘In Hoge Hexel scheidt een Bio-Up systeem het merendeel van de kooldioxide van het biogas, wat resulteert in groen gas van aardgaskwaliteit’, voegt Cornelissen toe. ‘Het direct inzetten van biogas als aardgasvervanger is de meest efficiënte optie. Daarom levert het initiatief van vijf melkveehouders in Oxe hun biogas rechtstreeks aan Royal GD en ForFarmers.’
Stikstof verwijderen is noodzakelijk
Na het proces van vergisting blijft digestaat over, waarin aanzienlijk veel stikstof in de vorm van ammoniak aanwezig is. “Het is essentieel dat dit verwijderd wordt om emissies tijdens opslag en verspreiding te vermijden”, benadrukt WUR-onderzoeker Nico Verdoes.
Een gangbare techniek om ammoniak te extraheren uit mest is het gebruik van een stikstofstripper. Deze werkt door de ammoniak met warmte en een zuur om te zetten in ammoniumsulfaat, een proces dat momenteel plaatsvindt met de vloeibare fractie van het digestaat. Daarom is het noodzakelijk het digestaat eerst te scheiden in een vloeibare en vaste component. Cornelissen ziet echter mogelijkheden voor een toekomst waarin deze voorafscheiding niet nodig is. “Zo kun je nog meer ammoniak uit de mest halen. Het aanschaffen van een stikstofstripper vereist echter een aanzienlijke investering, die niet voor elke veehouder haalbaar is. Daarom zijn we bezig met de ontwikkeling van een mobiele stikstofstripper.”
Product erkenning
Met het gebruik van de stikstofstripper creëert de veehouder een alternatief voor kunstmest uit de mest. “Het is cruciaal dat dit product erkend wordt”, stelt Jan Roefs, directeur van het Nederlands Centrum voor Mestverwaarding. “Dit is van belang voor de overgang naar een circulaire landbouw. In plaats van ammoniak te verliezen uit de mest, vang je het op en zet je het efficiënt in. Dit wordt des te belangrijker met het vooruitzicht op het einde van de derogatie. Het betekent dat veehouders aanzienlijk minder kunstmest hoeven in te kopen, wat ook voordelig is voor het milieu gezien de hoeveelheid aardgas die nodig is voor de productie van kunstmest.”
Door gebruik van de ammoniakstripper blijft een vloeibare fractie over waaruit bijna alle ammoniak en methaan zijn verwijderd. Deze kan veilig teruggeplaatst worden in de mestkelder onder de stal, zonder explosiegevaar. In deze vloeibare fractie bevinden zich nog steeds kalium, sporenelementen en organische stikstof. Volgens Wientjes vormt dit, samen met het kunstmestalternatief, een effectieve samenstelling voor gerichte bemesting.
Beste resultaat
Bij elke diercategorie, waaronder melkvee, kalveren en varkens, blijkt de gecombineerde aanpak van dagelijkse mestafvoer, vergisting en ammoniakstripping consistent als meest effectief voor het verminderen van zowel ammoniak- als methaanemissies in de hele keten. De beschikbaarheid van ammoniak en methaan als vervangers voor kunstmest en de productie van groen gas maakt de vermindering van uitstoot aantoonbaar. Volgens de analyses van Next Level Mestverwaarding is op melkveebedrijven een vermindering van 55 procent in ammoniakemissies en een daling van 82 procent in methaanemissies uit mest mogelijk.
Voor varkenshouderijen is een totale vermindering van ammoniakemissies tot 91 procent en van methaan tot 90 procent realiseerbaar, terwijl in de kalversector een reductie van 60 procent in ammoniak en 65 procent in CO2-emissies haalbaar is. Er is momenteel een project gaande dat focust op uurlijkse mestafvoer, waarvan verwacht wordt dat het de bovengenoemde reductiepercentages nog verder kan verhogen.
Investering
Een uitgebreide benadering vereist een aanzienlijke financiële inzet. Volgens Next Level Mestverwerking bedragen de kosten van de milieuvriendelijkste oplossing jaarlijks 22 euro per koe voor een intensieve melkveehouderij met 250 koeien en 100 hectare, aldus Wientjes, die diverse casussen heeft geanalyseerd met positieve resultaten voor de vervanger van kunstmest afkomstig uit de stikstofstripper.
Voor varkens en kalveren heeft Next Level Mestverwerking de kosten berekend van centrale verwerking. In het geval van de optimale oplossing, waarbij biogas wordt geproduceerd als brandstof voor vrachttransport, verminderen de verwerkingskosten voor een varkensboer van 22 naar 6 euro per kubieke meter. De kosten voor de verwerking van kalfsmest gaan terug van 19 naar 2 euro per kubieke meter.
Dagelijkse mestscheiding bij varkens genereert 40 kubieke meter gas
Een vers mengsel van mest van vleesvarkens en zeugen produceert 40 kubieke meter biogas per kubieke meter mest. Hans Verhoeven realiseert dit al vijf jaar. Hij stelt dat dit proces beter is voor zowel het milieu, de varkens als de boeren.
Verhoeven zet in op innovatie binnen zijn varkenshouderij en via zijn onderneming De Hoeve Innovaties. Het streven is de productie van varkens op een manier die zowel diervriendelijk als milieuvriendelijk is.
Volgens Verhoeven zorgt het direct verwijderen van mest uit de stallen voor een gezonder leefklimaat voor de varkens, wat leidt tot verbeterde gezondheid en prestaties. De reductie van ammoniak in de stallen bedraagt 85 procent voor kraamzeugen en hun biggen, en 65 procent voor vleesvarkens. De verse mest wordt meteen naar een biogasinstallatie gebracht, waar 95 procent van het methaan wordt afgevangen, resulterend in de productie van 40 kubieke meter biogas per ton mest. Verhoeven benut de warmte van de gasmotor en ongeveer driekwart van de elektriciteit zelf. Hij merkt op dat een monovergister, vooral met dagverse mest en de SDE+ subsidie, een uitstekende keuze is voor veel varkensboeren.
Na het vergistingsproces wordt de mest door Verhoeven gescheiden. Het vaste deel wordt geëxporteerd, terwijl voor het vloeibare deel lokaal voldoende afzetmogelijkheden zijn. Een stikstofstripper is daarom voor hem nog niet nodig.
Vermindering van stikstof en methaan bewezen
Bij de onderneming van Frank van Genugten wordt de verse mest van 1.650 koeien gefermenteerd. “Hierbij verwijderen we 95 procent van het methaan en 60 procent van de ammoniak. Dit is iets wat we kunnen bewijzen.”
Van Genugten is in januari 2021 begonnen met een initiatief waarbij hij mest verwerkt van vijftien verschillende melkveehouders. De mest wordt dagelijks of om de dag verzameld. “De boeren zorgen ervoor dat er geen waswater bij de mest komt, wat ons in staat stelt om 95 procent van het methaan en 60 procent van de ammoniak uit de mest te halen. Het biogas dat uit de fermentatie komt, wordt omgezet in groen gas. Er wordt ook een installatie geïnstalleerd om de CO2 die uit het biogas wordt verwijderd, vloeibaar te maken en te verhandelen.”
Na de fermentatie wordt de mest gesplitst. Een apparaat voor stikstofextractie verwijdert de ammoniak en zet deze om in ammoniumsulfaat, een potentieel alternatief voor kunstmest. Er loopt nog een goedkeuringsprocedure voor deze toepassing. De vloeibare fractie zonder ammoniak wordt teruggestuurd naar de melkveehouderij.
“Op die manier is er geen uitstoot van ammoniak meer”, verklaart Van Genugten. “De organische stikstof die overblijft, wordt snel opgenomen. De vaste fractie kan bijvoorbeeld dienen als ligbedmateriaal, bodemverbeteraar, of na verdere bewerking, als isolatiemateriaal.”
Hoe verser de mest, des te lager de uitstoot
Melkveehouder en adviseur bij DLV, Harm Wientjes, benadrukt dat versere mest leidt tot lagere emissies van methaan en ammoniak, terwijl het meer biogas en alternatieven voor kunstmest produceert.
Wientjes beheert samen met zijn broer Teun een melkveehouderij met 220 koeien, uitgerust met een vloer die emissies beperkt, een biogasinstallatie, en een apparaat voor het extraheren van stikstof. Ze hebben 650.000 euro geïnvesteerd in deze technologieën. Wientjes is van mening dat deze aanpak voor bijna alle melkveehouders noodzakelijk is. ‘Het is voordeliger voor de overheid dan het opkopen van bedrijven, het draagt bij aan een grotere reductie van stikstof, maakt de doelstelling van 2 miljard kubieke meter groen gas realiseerbaar en verhoogt de bijdrage aan de economie.’
Het afdekken van de roosters en het direct overbrengen van de mest naar de biogasinstallatie maakt deze methode ook toepasbaar in bestaande stallen. De stikstofextractor vermindert de uitstoot van ammoniak tijdens het verspreiden van de mest. Deze gecombineerde aanpak van snelle verwijdering van mest, fermentatie, en stikstofextractie zorgt voor een reductie van ten minste 50 procent in ammoniakemissies en 60 procent in methaanemissies.
“Met realtimesensoren monitoren we het effect van frequenter mest verwijderen en het besproeien van roosters. Deze sensoren bieden ons een weg uit de patstelling rondom erkenning. Geef ons de gelegenheid, en wij pakken het stikstof- en klimaatprobleem aan,” aldus Wientjes.
