Als inputstromen voor het vergistingsproces worden vooral organisch biologische afvalstromen gebruikt, aangevuld met mest en/of energiegewassen. Biogas kan ook worden gewonnen uit afvalwater of stortplaatsen. Om na te gaan of een bepaalde biomassa(rest)stroom geschikt is voor biogasproductie moeten zowel de technische, strategische als economische voorwaarden bekeken worden.
Karakteristieken van de biomassa
Hoewel in theorie alle biomassastromen vergistbaar zijn, zullen niet alle biomassa(rest)stromen technisch (en ook economisch) gezien interessant zijn om te vergisten. Het technisch rendement van de biogasinstallatie wordt beïnvloed door de karakteristieken van de biomassa.
De chemische karakteristieken bepalen de hoeveelheid en de kwaliteit van het geproduceerde gas, alsook de verblijftijd in de reactor. Zo hebben vetrijke producten een groter biogaspotentieel dan groenteafval. Hoeveel biogas een biomassa(rest)stroom uiteindelijk opbrengt, hangt af van de energetische waarde en de verteerbaarheid van de biomassa.
De fysieke karakteristieken van de biomassa bepalen de technologie en voorbehandeling die nodig is voor de anaerobe verwerking, want niet elke technologie is geschikt voor elk type substraat. Ongewenste componenten zoals plastiek of metalen moeten eerst verwijderd worden.
Gemiddelde biogasopbrengst van enkele biomassa(rest)stromen (Nm³/ton)1
1Nm³ is de hoeveelheid gas die, bij een temperatuur van nul graden Celsius en onder absolute druk van 1,013 bar, een volume inneemt van één kubieke meter.
Agro-voedingsindustrie
De agrovoedingsindustrie is een belangrijke bron van biomassa(rest)stromen. De afbreekbare koolstofverbindingen in de biomassastromen zijn ideaal als voedingsbron voor methaanproducerende bacteriën.
Vlaams actieplan voor biomassastromen
Het actieplan Duurzaam beheer van biomassa(rest)stromen 2015-2020 (OVAM, 2015) zet de richtlijnen uit voor het duurzaam gebruik van biomassastromen. Hierin is voor organisch-biologische reststromen uit de agro-voedingsindustrie een rol weggelegd voor de productie van hernieuwbare energie via vergisting (al dan niet in combinatie met nacompostering) op voorwaarde dat de omzetting van energie én de valorisatie van de eindproducten optimaal verloopt. Let wel, niet voor alle biomassastromen in de voedingsindustrie is vergisting toegelaten.
| Biogas uit dierlijke biomassa | |
| Bijproducten Categorie 1 | Enkel toegelaten voor glycerine, onder bepaalde voorwaarden (EG 1069/2009) |
| Bijproducten Categorie 2 | Toegelaten onder bepaalde voorwaarden (EG 1069/2009) |
| Bijproducten Categorie 3 | Toegelaten |
| Plantaardige biomassa | |
| Plantaardige olie-en vetresten | Toegelaten indien de calorische waarde groter is dan 11.500 kJ/kg |
| VLAREMA conforme reststromen | Toegelaten |
| VLAREMA niet-conforme reststromen | Niet toegelaten |
Doordat biomassastromen gaandeweg ook interessanter worden voor de bio-gebaseerde industrie (als bron van suikers, eiwitten, vetten en vezels) zullen slechts een aantal van de vergistbare stromen uit de agro-voedingsindustrie strategisch beschikbaar zijn voor vergistingsinstallaties. Het Vlaams actieplan beschrijft een aantal principes die kunnen gebruikt worden om na te gaan voor welke biomassastroom vergisting een duurzame verwerkingswijze is. Hierbij wordt een onderscheid gemaakt tussen:
- Productieverliezen en nevenstromen: stromen van eetbare biomassa die vrijkomen tijdens de productie of verwerking van de voedselproducten zoals oogstresten, snijresten, schillen, pitten, producten met smaakafwijkingen, verliezen ten gevolge van fouten in de verpakking, …
- Organische reststromen: stromen van niet-eetbare biomassa die vrijkomen tijdens de productie of verwerking van voedselproducten zoals verpakkingen, papierafval, slib, mest, …
- Organisch beladen afvalwater: water dat vrijkomt tijdens de productie of verwerking van voedselproducten zoals reinigingswater, kookwater, koelwater, water dat gebruikt wordt als transport- of bewaarmiddel, ...
Productieverliezen en nevenstromen
Voor productieverliezen en nevenstromen wordt de cascade van waardenbehoud (gebaseerd op de ladder van Moerman) toegepast. De cascade is richtinggevend voor het duurzaam gebruik van biomassa(rest)stromen en geeft de gewenste prioriteit van de bestemmingen van de stromen weer. Des te hoger op de cascade, des te hoger het waardenbehoud.
Een bestemming hoger op de cascade sluit echter een lagere bestemming niet uit. Het beleid streeft hier naar een optimale oplossing, die voor een combinatie van afzetkanalen perspectieven biedt. Daarbij is een belangrijke rol weggelegd voor bio-raffinage. Omwille van de cascade van waardenbehoud heeft de biogasproductie uit productieverliezen en nevenstromen een lage prioriteit en komt daardoor sterk in competitie met de toepassingen voor (vee-)voeding of nieuwe materialen. Deze biomassastromen gaan dus bij voorkeur enkel als reststroom van de bio-gebaseerde industrie richting vergistingsinstallatie.
Cascade van waardenbehoud voor productieverliezen en nevenstromen uit de voedingsindustrie (gebaseerd op de cascade van Moerman)
Organische reststromen
Voor de organische reststromen uit de voedingsindustrie wordt de materialenhiërarchie toegepast. Deze hanteert het principe van waardenbehoud van materialen waarbij er moet gezocht worden naar een zo hoog mogelijke valorisatie van het materiaal. De hiërarchie in valorisatie is gebaseerd op de ladder van Lansink en is erop gericht om prioriteit te geven aan de meest milieuvriendelijke verwerkingswijze. Voor bepaalde reststromen kan afgeweken worden van de materialenhiërarchie als dat op basis van het levenscyclusdenken gerechtvaardigd is.
Energetische valorisatie zal volgens de hiërarchie altijd de (voor-)laatste stap zijn wanneer reeds andere voordelen uit de reststromen zijn gehaald, of indien er technisch-economisch met een andere verwerking geen voordelen uit te halen zijn. Energieproductie is wel prioritair aan afvalverwijdering en storten (lozen).
De belangrijke vergistbare materiaalstromen uit de agro-voedingsindustrie waarop deze ladder kan worden toegepast zijn slib van afvalwaterbehandeling en mest. Doordat deze reststromen niet in competitie komen met toepassingen voor humane voeding of veevoeding, is hun gebruik als input voor een vergistingsinstallatie weinig controversieel.
Materialenhiërchie voor reststromen uit de voedingsindustrie (gebaseerd op de ladder van Lansink)
Organisch beladen afvalwater
Voor organisch beladen afvalwater kan eveneens de materialenhiërarchie worden toegepast waarbij preventie en hergebruik van afvalwater prioritair zijn. Biogasproductie uit afvalwater staat op de voorlaatste plaats in de hiërarchie maar kan nooit op zich het doel van de verwerking zijn. Het Vlaams beleid pleit hier voor een integrale benadering van waterzuivering, waarbij het zuiveringsproces gecombineerd wordt met energieopwekking en recuperatie van grondstoffen. Er kan dus gesteld worden dat anaerobe systemen (of de combinatie anaeroob-aeroob) die biogasproductie integreren in het zuiveringsproces de voorkeur genieten op louter aerobe systemen voor de verwerking van afvalwater.
Nieuwe inputstromen
Snijrogge
Inagro bekijkt al enkele jaren de mogelijkheid van snijrogge als tussenteelt. Door na een hoofdteelt nog een gewas in te zaaien kan er meer biomassa per jaar per hectare gewonnen worden. Deze nateelt dient dan ook als vanggewas om nutriëntuitspoeling te verminderen.
Algen
Algen zijn veel efficiëntere biomassaproducenten en kunnen zonlicht beter benutten dan de meeste landplanten. Ze zijn bijna overal aanwezig waar zonlicht beschikbaar is. De mogelijkheden van algen blijven momenteel nog onderbenut. Door de steeds schaarsere grondstoffen, intensief landgebruik en de zoektocht naar goedkope en duurzame biomassa komen algen nu ook in het beeld van de vergistingssector.
In de praktijk worden micro-algen geteeld in twee types reactoren: open en gesloten. Vijvers (ponds) met een roerwerk (peddels, pompen) behoren tot de open reactoren en hebben een laag energieverbruik, zijn eenvoudig te onderhouden en zijn relatief goedkoop ten opzichte van de gesloten fotobioreactoren. Deze laatste hebben dan weer een hogere opbrengst, nemen minder plaats in en leveren een goede kwaliteitsvolle biomassa. De theoretische biomassaopbrengst van microalgen verschilt sterk van de praktisch en economisch schaalbare. Toch is duidelijk dat per ha grotere opbrengsten gerealiseerd kunnen worden dan met klassieke teelten zoals maïs en soja. 20 – 25 ton droge stof per ha per jaar lijkt een realistische inschatting van de opbrengst voor micro-algen.