Biogas als energiedrager heeft een competitief voordeel ten opzichte van momentane energieopwekking door zon en wind. De energie is immers onder chemische vorm bewaard en kan voor langere duur worden opgeslagen. Vanuit energiebehoefte moet de vraag gesteld worden: elektriciteit, warmte, koude of is er (bijna) geen energiebehoefte? Voor diverse types energievraag kan biogas een oplossing bieden. Indien er weinig energievraag is op het bedrijf zelf, dan kan het biogas (al dan niet na opwerking) of het valorisatieproduct (warmte, elektriciteit) nog steeds worden getransporteerd naar de locatie waar er wel een energievraag in te vullen is. De figuur hieronder geeft een overzicht van de verschillende mogelijkheden om de energie uit biogas te valoriseren.
Valorisatieschema van anaerobe vergisting
Biogas
Biogas heeft een energetische waarde van 23,4 MJ/Nm³. Dit is iets lager dan zijn fossiele tegenhanger aardgas met een bruto verbrandingswaarde van 35 MJ/Nm³ (L-gas) en 43 MJ/Nm³ (H-gas). Biogas bestaat voor 45 - 85 Vol% uit methaan en voor 25 - 50 Vol% uit CO2. Koolstofdioxide is niet brandbaar en draagt dus niet bij tot de verbrandingswarmte van het biogas. De verbrandingswarmte hangt dus volledig af van het methaangehalte. Daarnaast bevinden zich ook nog andere componenten in het biogas die in sommige gevallen schadelijk zijn in het valorisatieproces. Rechtstreeks gebruik van biogas in een verbrandingsmotor kan zorgen voor versnelde slijtage. Zo veroorzaakt H2S corrosie en kunnen kleine stofdeeltjes tot verstoppingen leiden.
Bio-WKK
De meest gangbare praktijk om energie uit biogas te halen is door het te verbranden in een gasmotor met warmtekrachtkoppeling (WKK). Bij warmtekrachttechnologie worden vanuit een primaire energiebron twee of meer nuttige energievormen geproduceerd. Het idee achter WKK is dat de gezamenlijke opwekking van elektrische en thermische energie efficiënter is dan de gescheiden opwekking. Naargelang het concept is een deel van de warmte en de elektriciteit benodigd voor het vergistingsproces zelf. Zo hebben de biogasreactoren zelf een warmtevraag om op temperatuur te blijven. Afhankelijk van het proces zal een temperatuur van 32-42°C (mesofiel) of 48-55°C (thermofiel) worden aangehouden. Voor de digestaatbehandeling wordt ook vaak gekozen voor drogen en/of indampen, waarbij het grootste deel van de warmte wordt gebruikt, of waarbij de geproduceerde warmte van de WKK zelfs ontoereikend is.
Biomethaan
De mogelijke valorisatietrajecten van biogas zijn echter veel groter en beperken zich niet enkel tot on‑site generatie van warmte en elektriciteit. Het biogas kan opgezuiverd worden tot aardgaskwaliteit waardoor het rechtstreeks kan geïnjecteerd worden in het aardgasnet of gebruikt kan worden als transportbrandstof. Door het produceren van biomethaan kan de eindafzet van biogas geoptimaliseerd worden om tot de meest efficiënte invulling van de energievraag te komen. Momenteel wordt er alleen door IOK, Aquafin (RWZI Antwerpen Zuid) en IGEAN biomethaan geproduceerd in Vlaanderen, in tegenstelling tot vele andere Europese landen. Het ontbreken van operationele ondersteuning, die wel bestaat voor de productie van groene stroom en groene warmte, is de belangrijkste reden waarom er weinig incentive is voor de productie van biomethaan in Vlaanderen.
Wat is biomethaan?
Biomethaan wordt in het Vlaams Energiebesluit gedefinieerd als “biogas uit organisch-biologische materialen waarvan de eigenschappen werden gewijzigd als gevolg van een fysische en/of chemische behandeling om het uitwisselbaar te maken met aardgas van het bestaande aardgasnetwerk of het aardgas dat gebruikt wordt voor de aandrijving van voertuigen.”
Eenvoudig gezegd is biomethaan een opgezuiverde vorm van ruw biogas afkomstig uit anaerobe vergisting, dat als aardgasvervanger kan gebruikt worden. Concreet betekent dit dat CO2, H2O, H2S en andere onzuiverheden verwijderd worden, zodat een hoogcalorisch en zuiver gas overblijft. Het is dus een duurzame en hernieuwbare vorm van (fossiele) aardgas.
Opzuiveringstechnieken
De samenstelling van het biogas is sterk afhankelijk van de gebruikte inputstromen en het toegepaste proces. Ruwweg bestaat het voornamelijk uit methaan (CH4) en koolstofdioxide (CO2), samen met nog een heel aantal andere elementen in minder hoge concentraties. De opzuivering van biogas tot biomethaan is dan ook voornamelijk gericht op het verwijderen van de aanwezige CO2. De energie-inhoud van het gas is immers direct gerelateerd met de CH4 concentratie, door het verwijderen van de CO2 stijgt de energie-inhoud tot het gewenste niveau.
Verschillende opwerkingstechnieken worden gebruikt bij de opzuivering van biogas door het verwijderen van de CO2. Sommige technieken zijn geschikt om meteen ook een aantal andere ongewenste elementen te verwijderen, bij andere technieken is eerst een voorzuivering nodig.
Absorptie
Wanneer absorptie wordt gebruikt als opzuiveringstechniek, komt het ongezuiverde biogas in contact met een vloeistof in tegenstroom binnenin een gepakte kolom. Het principe berust op het feit dat CO2 beter oplosbaar is dan methaan. De vloeistof zal de kolom dus verzadigd met CO2 verlaten, terwijl de biogasstroom een hogere concentratie aan methaan heeft. Er bestaan twee types: een waterscrubber en een chemische scrubber. Een waterscrubber maakt gebruik van water onder hoge druk, wat een goedkope en milieuvriendelijke scrubbervloeistof is. Een chemische scrubbers- gebruikt een chemische scrubbervloeistof (amines, glycol,…), die een hoger absorberend vermogen heeft dan water. De scrubbervloeistof wordt geregeneerd in desorptiekolom.
Pressure Swing Adsorption
Bij deze techniek wordt CO2 verwijderd door adsorptie onder hoge druk op een moleculaire zeef. Het adsorptiemateriaal bestaat meestal uit actief kool of zeolieten. De kolom kan opnieuw geregeneerd worden onder lage druk. Het is een compact systeem met een lage investeringskost.
Membraanscheiding
Bij membraanscheiding worden de verschillende gascomponenten gescheiden door een verschil in permeabiliteit doorheen het membraan. De membranen zijn permeabel voor CO2, H2O en NH3 en maar zeer beperkt voor CH4. Om een voldoende opzuivering te verkrijgen worden er meestal verschillende membranen achter elkaar geplaatst.
Cryogene scheiding
Cryogene scheiding is een beloftevolle techniek waarbij de scheiding gebeurt op basis van de verschillende condensatiepunten van de aanwezige stoffen. Hierdoor worden zeer zuivere eindproducten bekomen. De hoge investeringskost en de hoge energievraag zijn momenteel nog de grootste struikelblokken voor de verdere implementatie van deze techniek.
Potentieel biomethaan
De redenen om voor biomethaan te kiezen zijn divers. Biomethaan is immers uitwisselbaar met aardgas en kent daarom verschillende toepassingen. Het proces van biomethaanproductie is continu, controleerbaar en kan voor de nodige flexibiliteit van het energievoorzieningssysteem zorgen. Hierdoor is het mogelijk het biogas energie-efficiënter te gebruiken, indien de lokale vraag naar energie niet overeenstemt met de aangeleverde energie door een WKK-installatie. Bovendien kan het geproduceerde biomethaan opgeslagen worden in het aardgasnetwerk en zo de stabiliteit in het elektriciteitsnet mee verzekeren door enkel elektriciteit te produceren wanneer de vraag hoog is. De nood aan flexibele energieproductie zal de komende jaren enkel nog stijgen door het toenemend aantal weersafhankelijke energiebronnen (zon en wind). Daarnaast is er ook een duidelijk potentieel voor het vergroenen van warmtetoepassingen. Iets wat met de huidige hernieuwbare energiebronnen nog zeer moeilijk is.
Naast de toepassingen van biomethaan voor de productie van groene stroom en warmte, kan biomethaan in gecomprimeerde vorm (bio-CNG) ook als vervoersbrandstof gebruikt worden. Het grote voordeel is dat biomethaan perfect compatibel is met voertuigen die nu reeds op aardgas rijden. Het gebruik van biomethaan als brandstof zorgt niet enkel voor een sterke reductie in de uitstoot van CO2, maar ook voor een vermindering in fijn stof en stikstofoxiden ten opzichte van benzine en diesel. In vloeibare vorm (bio-LNG) kan biomethaan dienen als brandstof voor vrachtwagens en vrachtschepen. Bio-LNG is een zeer zuivere vorm van biomethaan met een hoge energiedichtheid, waardoor er een veel grotere autonomie mee bereikt kan worden.
Werkgroep biomethaan
De werkgroep Biomethaan werd in 2013 opgericht met als doel het opstellen van een technische beleidsnota voor biomethaan, die de noodzaak van een wettelijk kader verduidelijkt. Het ontbreken van een duidelijk wettelijk kader, dat de productie van biomethaan stimuleert, is momenteel immers de oorzaak van het uitblijven van biomethaanproductie in Vlaanderen. De werkgroep, bestaande uit stakeholders zowel uit de industrie als uit middenveldorganisaties, wil hiermee een draagvlak creëren voor de toekomstige productie van biomethaan in Vlaanderen. In 2014 resulteerde dit in de publicatie van de adviestekst “Biomethaanpotentieel voor Vlaanderen, versie 1.0”, die terug te vinden is onder publicaties.
Sindsdien wordt er gewerkt aan de opmaak van een nieuwe beleidsnota. Met deze nota wil de werkgroep de potentiële voordelen van biomethaan in vergelijking met de valorisatie van biogas in een WKK-motor in een correct perspectief plaatsen. Zodoende zal deze nota een objectieve beoordeling geven van de voor- en nadelen van biomethaan op basis van een volledige argumentatie. De beleidsnota zal cijfermatig ondersteund worden door het doorrekenen van een aantal scenario’s.
Voeden van een warmtenet
Indien de warmtevraag bij het bedrijf zelf onvoldoende groot is om alle warmte uit de verbranding van biogas te valoriseren, kan de resterende warmte gebruikt worden om een warmtenet te voeden. In Vlaanderen bevinden warmtenetten zich nog in een prematuur stadium, hoewel de laatste jaren steeds meer aandacht gaat naar deze vorm van warmtedistributie. Door de overheid worden inspanningen gedaan inzake de uitbouw van warmtenetten, maar het juridisch kader vergt nog verdere uitdieping. In tegenstelling tot de gas- en elektriciteitsmarkt is er in principe geen juridische onverenigbaarheid tussen productie, levering en distributie van warmte. Dit betekent dat een warmtebedrijf in principe alle fasen van de keten (productie, levering en distributie van warmte) voor haar rekening kan nemen.