Vergistingsproces

Waarom Co-vergisting ?

(Co-)vergisting van biomassa wordt doorgaans toegepast voor de volgende doeleinden:
• Energetische inzet en milieuvriendelijke verwerking van biologisch afval en reststoffen.
• Verbetering van de bemestingswaarde van gier (vloei-eigenschappen, homogeniteit, plantvriendelijkheid, stikstofopname/werkzaamheid).
• Vermindering van stankemissie bij het uitrijden van gier.
• Vermindering milieubelasting (alternatief van fossiele energie, gesloten CO2-balans, inzet van biologische reststoffen).

Wat is vergisting ?

Door vergisting van co-producten ontstaat biogas dat in een warmtekrachtinstallatie (WKK) wordt omgezet in warmte en elektriciteit. De warmte wordt gedeeltelijk benut om de vergister op temperatuur te houden. Het overschot aan warmte kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor ruimteverwarming of voor de ORC. De elektriciteit kan gedeeltelijk door het eigen bedrijf worden benut, het overige deel kan als duurzame elektriciteit worden verkocht aan het energiebedrijf. Het vergiste product (digistaat) kan op het land worden uitgereden.

Het vergistingsproces.

Vergisten heeft tot doel organische stof met behulp van micro-organismen om te zetten in biogas. Een andere term die gebruikt wordt voor vergisten is fermenteren. In het algemeen zijn alle soorten organische reststof¬fen geschikt voor vergisting. Het proces vindt plaats in afwezigheid van zuurstof (anaëroob). Biogas bestaat uit een mengsel van voornamelijk methaan (55-65%) en kooldioxide (35-40%). Verder is het verzadigd met water¬damp en bevat het sporen van waterstof, zwavelwaterstof en ammoniak. Biogas is een brandstof die geschikt is voor verbranding in vrijwel alle verbrandings-installaties waarin ook aardgas kan worden verbrand. De installaties dienen wel aangepast/afgesteld te worden op het gebruik van laagcalorisch gas. Doorgaans wordt biogas verstookt in een warmtekracht-installatie, waarbij elektriciteit en warm water worden geproduceerd. Bij vergisting worden alleen eenvoudig afbreekbare organische stoffen afgebroken. De moeilijk afbreekbare organische stoffen zoals houtige plantendelen, blijven in het substraat aanwezig. Biogas heeft een lage energiedichtheid. Om die reden is de opslagcapaciteit van het biogas doorgaans beperkt tot de productie van enkele uren. Omdat biogas corrosief is, moeten zwavelwaterstof en, in mindere mate, ammoniak worden verwijderd. Voor de productiesnelheid van biogas zijn diverse factoren van belang, waaronder de temperatuur, de zuurgraad, de koolstof/stikstofverhouding, het drogestofgehalte en de verblijftijd. Er kan een onderscheid gemaakt worden tussen psychrofiele (0-20°C), mesofiele (20-45°C) en thermofiele (45-75°C) vergisting. Bij hogere temperaturen verloopt het vergistingsproces sneller waardoor er meer biogas in een kortere tijd vrijkomt. Tevens moet er meer warmte worden toegevoerd. Psychrofiele vergisting treedt spontaan op bij gewone mestopslag. In Nederland werken vergistingsinstallaties meestal in de mesofiele zone.



Onderdelen van een vergistingsinstallatie:

De belangrijkste onderdelen van een vergistingsinstallatie zijn:
• Vooropslag/stortbunker
• Vergister
• Biogasopvang
• Overdrukbeveiliging (overdrukventiel en/of fakkelinstallatie)
• Warmtekrachtinstallatie (WKK)
• Eindopslag

Ad 1. Vooropslag

Voorafgaand aan de vergisting kan de mais worden opgeslagen. Bij langdurige vooropslag is het belangrijk dat de maisbult goed is aangereden en afgesloten zodat er geen broei plaats vindt.

Ad 2 en 3. Vergister en biogasopvang.

De vergister is in principe een gasdichte, geïsoleerde, verwarmde en geroerde silo, waarin het biogas uit de biomassa wordt gewonnen. Aanvoer van mais en afvoer van digestaat (vergist product) verlopen in principe gelijk¬tijdig en in gelijkblijvende hoeveelheden. In de wand van de vergister is een warmte-wisselaar geplaatst waarmee een gedeelte van de warmte van de gasmotor wordt overgedragen aan het substraat om deze op temperatuur te houden. Het substraat wordt op gezette tijden geroerd. Het biogas wordt opgevangen in een gasopslag die zich boven de vergister bevindt. Bij grote vergistingsinstallaties wordt vaak een na-vergister geplaatst. In de na-vergister komen de laatste resten biogas uit het substraat vrij. Het gas uit de hoofdvergister wordt via de na-vergister naar de warmtekrachtinstallatie gevoerd.

De vergister bestaat uit de volgende componenten:

• Vergistingssilo. Een vergistingssilo bestaat uit een betonnen silo zoals die veelal voor de opslag van mest wordt gebruikt. De tank is goed geïsoleerd om het warmteverlies te beperken. Silo's voor de vergisting dienen gasdicht afgedekt te worden. Voor de afdekking kan gekozen worden voor een vast dak of een folie. De afdekking kan hangend in de vergister geplaatst worden, boven de vergistende massa.
• Mengsysteem. Een mengsysteem (roerwerk) zorgt voor een gelijkmatige temperatuurverdeling binnen de vergister, een goede menging van het substraat, het voorkomen van drijf- en bezinklagen en het tegengaan van het ontstaan van schuimlagen (het ontgassen van de biomassa). Er is een scala aan technische uitvoeringsvormen voor een roerwerk. De meest eenvoudige typen zijn een verticale peddel, een dompelpomp of een hydraulisch systeem. Verwarmingssysteem. Het verwarmingssysteem (wandverwarming en/of bodemverwarming) dient om het substraat op de optimale temperatuur voor het vergistingsproces te houden. Het bestaat uit een warmtewisselaar, warmwaterleidingen, een waterpomp en een warmtebron.
• Pompen. Pompen worden gebruikt om het substraat de vergister in en het digestaat (vergiste mais) de vergister uit te pompen. Om zoveel mogelijk bezinkende deeltjes te verwijderen wordt de afvoerbuis nabij de bodem van de vergister bevestigd.
• Gasbehandeling. Het biogas bevat naast methaan en kooldioxide ook waterdamp en zwavelwaterstof . Het water condenseert bij afkoeling van het gas en wordt in vloeibare vorm afgevoerd. Het corrosieve zwavel¬waterstof wordt veelal biologisch verwijderd. Bij beluchting van het biogas in de vergistingstank tot een mengsel met enkele procenten zuur¬stof ontstaat een reactie met zwaveloxiderende bacteriën in het substraat. Het zwavelwaterstof reageert hierbij tot elementair zwavel dat als vaste stof neerslaat in het digestaat. Het toevoegen van lucht aan een brandstof kan leiden tot een explosief mengsel. Bij biogas moet sprake zijn van een verdunning van 90 tot 95% lucht om tot een explosief mengsel te komen. De biologische ontzwaveling brengt een hoeveelheid lucht in het biogas die ongeveer 180 maal te klein is om dit te veroorzaken. (Om 100 m 3 biogas te reinigen is zo'n 5 m 3 ontzwavelingslucht nodig, om een explosief mengsel te vormen moet in plaats van 5 m 3 zo'n 900 m 3 lucht worden toegevoegd.)

Ad 4. Overdrukbeveiliging.

Overdruk kan optreden indien de gasopvang volledig gevuld is en het niet mogelijk is al het biogas te benutten in de gasmotor. Als de gasmotor bijvoorbeeld uitvalt, blijft de productie van biogas een tijd doorgaan, ook als de vergister wordt stopgezet. Het is daarom nodig overdrukbeveiliging toe te passen. Dit kan door toepassing van een overdrukventiel gevolgd door een afblaasinrichting of een fakkel. Een overdrukventiel met een waterslot of een gelijkwaardige voorziening blaast het biogas af wanneer een bepaalde druk wordt bereikt. Het nadeel hiervan is dat er op dat moment een emissie van methaan optreedt. Bij toepassing van een fakkel wordt het overtollige biogas verbrand zodat geen biogas in de lucht wordt gebracht Een overdrukbeveiliging wordt automatisch in werking gesteld en blijft in werking tot een acceptabel drukniveau is bereikt.

Ad 5. Warmtekrachtinstallatie.

Voor het omzetten van biogas in elektriciteit en warmte wordt een warmtekrachtinstallatie (ofwel WKK-installatie) gebruikt, bestaande uit een gasmotor om het biogas te verbranden en een generator voor opwekking van elektriciteit. De gasmotor is van hetzelfde type als dat voor aardgas wordt gebruikt, aangepast voor het verstoken van laagcalorisch gas. De opgewekte elektriciteit kan worden ingezet voor eigen gebruik op het bedrijf en/of worden teruggeleverd aan het openbare net. Een deel van de warmte wordt gebruikt voor het opwarmen van het op temperatuur houden van de vergister. De overige warmte kan worden aangewend voor het verwarmen van de stallen (vooral zeugen en vlees¬kuikens), voor de bedrijfswoning, het verder verwerken van het digestaat of worden aangeboden aan een derde bijvoorbeeld een glastuinbouwbedrijf. Afhankelijk van de energiesituatie op het bedrijf kan ook gekozen worden voor directe verbranding van het biogas in een verwarmingsketel voor het produceren van warm water of stoom. Dit is echter slechts in bijzondere gevallen economisch interessant, bijvoorbeeld wanneer de vraag naar warmte zeer groot is, of waar een aansluiting op het aardgasnet ontbreekt.

Ad 6. Naopslag.

Naopslag van het digestaat is in de meeste gevallen nodig. Het vergiste substraat dient bijvoorbeeld opgeslagen te worden indien de het substraat nog verder wordt bewerkt. Uitvoeringsvormen zijn een extra silo, kelder, mest¬bassin of mestzak. Het digestaat kan worden uitgereden op het eigen land, verder worden verwerkt of worden afgezet op andere landbouw¬bedrijven. Ons digestaat valt onder de overige organische meststoffen en is een mooie aanvulling op reguliere mest.