Kennisartikelen

Op de boerderij melkproductie combineren met biogasproductie helpt de energietransitie en de reductie van stikstof en broeikasgassen

In het RETSI onderzoeken we mogelijkheden om verschillende maatschappelijke opgaven te combineren met de energietransitie. De Nederlandse veehouderij heeft potentie om melkproductie te combineren met biogasproductie als alternatief voor aardgas en daarbij tegelijkertijd de uitstoot van stikstof, lachgas, methaan en koolstofdioxide (CO2) op de boerderij te reduceren. Recentelijk heeft Niek Reijers, master student civiele techniek aan de Universiteit Twente, de potentie van deze gecombineerde opgaven gedetailleerd aangetoond in zijn afstudeeronderzoek getiteld: “Green energy generation and sustainable farming: pollution reduction potential of manure digesters on Dutch
dairy farms.”

RETSI Praktijksamenvatting NR 2

De Nederlandse agrarische sector is een belangrijke economische sector en levert een belangrijke bijdrage aan de economie van Nederland. Uit de figuur hieronder blijkt dat de productiewaarde van de rundveehouderij ten opzichte van de meeste andere agrarische sectoren substantieel is. De rundveehouderij bestaat voor het merendeel uit bedrijven die melk produceren met daarnaast een aanzienlijk kleiner deel bedrijven dat vlees produceert. Het economische belang van deze agrarische sector heeft ook een keerzijde, namelijk de emissie van stikstof, overwegend in de vorm van ammoniak (NH3) en in geringere mate stikstofoxide (NOx) en broeikasgassen.

De grondgebonden veehouderij stoot van alle agrarische sectoren veruit de meeste stikstof uit. 87% van die emissies is gerelateerd aan de mestproductie van de dieren, 9% aan het gebruik van kunstmest en 4% aan gewas(resten). “Dierlijke mest veroorzaakt vooral een NH3-emissie in met mest bevuilde stallen, door opslag van drijfmest (met name in mestkelders en bij aanwending van drijfmest bij bemesting van weide- en akkergronden).” (Commissie Remkes, p. 33). Gerekend naar de totale emissie van stikstof (NH3 en NOx) op de Nederlandse bodem, heeft de agrarische sector daarin een aandeel van 46%. Het aandeel van de uit de landbouw afkomstige stikstof neerslag in Natura-2000 gebieden bedraagt 41%(Commissie Remkes, p. 32). Uit deze cijfers blijkt het belang van stikstofreductie in de agrarische sector.

De potentie van mestvergisting

Tegen deze achtergrond heeft Niek onderzocht of en in welke mate het vergisten van dierlijke mest bijdraagt aan het reduceren van de stikstof- en broeikasemissies op de melkveehouderij. Mestvergisting op boerderijschaal is een gangbare techniek die overal in Nederland en daarbuiten wordt toegepast, zij het in Nederland nog in bescheiden mate. Er zijn verschillende redenen om mest te vergisten. De belangrijkste reden is het produceren van duurzame energie. Tot dusverre overwegend elektriciteit, maar in toenemende mate ook groen gas (opgewaardeerd biogas) dat kan dienen als alternatief voor aardgas.

Nederland wil van het aardgas af, maar heeft tegelijkertijd het meest verfijnde gasleidingennet van de wereld. Het zou enorme kapitaalvernietiging zijn als dit leidingennet niet meer gebruikt zou worden. Groen gas kan getransporteerd worden door het bestaande gasleidingennetwerk in Nederland. Daarnaast voorziet mestvergisting in de eigen energiebehoefte (warmte en elektriciteit) van de boerderij. Verder is de voedingswaarde van het restproduct van mestvergisting, digestaat, vergelijkbaar met die van pure dierlijke mest. Tenslotte wordt verondersteld dat mestvergisting ook zal bijdragen aan het reduceren van de ammoniak, methaan en CO2-uitstoot op de boerderij. Tot dusverre ontbreken echter betrouwbare en onderbouwde gegevens om deze veronderstelling te bevestigen. Niek’s onderzoek heeft cijfers geproduceerd die het emissiereductiepotentieel van mestvergisting op de boerderij bevestigen.(1) Zijn onderzoek is uitgevoerd in nauwe samenwerking met vier melkveehouderijbedrijven in Overijssel en met betrokkenheid en ondersteuning van Mineral Valley Twente.

1: Ten tijde van het onderzoek verscheen ook een studie van CCS advies uit Deventer waarin een additionele emissiereductie van stikstofverwijdering uit digestaat werd aangetoond.

Een model gebaseerd op de praktijk

Om het biogasproductie- en emissiereductie potentieel van mestvergisting op boerderijen te analyseren, is in het onderzoek een nieuw model op bedrijfsschaal ontwikkeld om de voordelen van mestvergisting te bepalen op basis van biogasopbrengst en vermindering van broeikasgas- en stikstofemissies. Het model modelleert heel realistisch de mestcyclus op de boerderij naar twee beheeropties: (i) traditionele opslag en verwerking van dierlijke mest en (ii) verwerking van dierlijke mest door middel van mestvergisting. Het model wordt gevoed met data van vier verschillende bestaande melkveehouderijbedrijven in Overijssel. De gegevens van deze bedrijven zijn afkomstig uit de zogenaamde KringloopWijzer welke jaarlijks wordt ingevuld door alle Nederlandse melkveebedrijven. Vier van deze bedrijven hebben hun bedrijfsgegevens uit de KringloopWijzer beschikbaar gesteld voor het onderzoek.

Met behulp van het ontwikkelde model zijn per bedrijf emissies in beide mestbeheeropties vergeleken. Maakt het voor de emissies uit of een melkveehouder de mest gangbaar verwerkt, dus zonder mestvergisting, of alle mest eerst vergist en dan verwerkt? In deze analyse is gekeken naar de volgende emissies: Lachgas (N2O), Methaan (CH4), Koolstofdioxide (CO2), Ammoniak (NH3) en Stikstofoxide (NOx). De eerste drie stoffen zijn broeikasgassen die bijdragen aan de opwarming van het klimaat en de laatste twee stoffen zijn stikstof die bijdragen aan de stikstofdispositie in Nederland. Ten tijde van het onderzoek verscheen ook een studie van CCS advies uit Deventer waarin een additionele emissiereductie van stikstofverwijdering uit digestaat werd aangetoond.

Een onderbouwing voor de potentie van mestvergisting

Uit de resultaten van de vier verschillende melkveebedrijven blijkt dat minimaal 29% van de totale stikstofuitstoot kan worden verminderd door mestvergisting op een melkveehouderijbedrijf in Nederland. Indien de stalconstructie een emissiearme vloer heeft, kan de emissiereductie oplopen tot circa 44%. Vergeleken met het traditionele mestopslagscenario vermindert mestvergisting de methaanuitstoot (CH4) met 80%. Door het duurzame energieopwekkingsvermogen van de mestvergister wordt ook de netto CO2-uitstoot van de
melkveehouderij aanzienlijk verminderd en in sommige gevallen meer dan volledig gecompenseerd. De totale broeikasgasemissiereductie van de vier geanalyseerde melkveehouderij bedrijven uitgedrukt in CO2-equivalenten, is 1,24 miljoen kg CO2. Deze resultaten geven de gediversifieerde voordelen aan van mestvergisting in termen van broeikasgas- en stikstofemissiereductie en productie van groene energie.

Het onderzoek heeft ook berekend dat een landelijke introductie van mestvergisting in de melkveehouderij op boerderijschaal kan leiden tot een vermindering van 19,3 miljoen kg stikstof(2) en 62,8 miljoen kg methaan, waarbij 1,51 TWh duurzame energie wordt opgewekt met een vermeden CO2-uitstoot van 562,1 miljoen kg. De totale broeikasgasreductie (uitgedrukt in CO2-equivalent) door de introductie van mestvergisters in de Nederlandse melkveehouderij is 3,268.23 miljoen kg CO2. Uit het onderzoek blijkt de potentie van mestvergisting in de melkveehouderij voor de productie van biogas en de reductie van broeikasgassen en stikstof. Reden om de potentie van mestvergisting op boerderijschaal veel nadrukkelijker in de energietransitie te betrekken. De operationele mestvergisters gebruiken het geproduceerde biogas nu nog voornamelijk als groene brandstof voor de productie van groene elektriciteit. Maar het geproduceerde biogas heeft vooral ook potentie als alternatieve energiebron in de warmtetransitie (het ontkoppelen van de warmtevoorziening in de gebouwde omgeving van het aardgas).

2: Zie ook de hierboven aangehaalde studie van CCS advies waarin additionele stikstofreductie na vergisting mogelijk is als digestaat wordt ontdaan van stikstof.

Die potentie wordt incidenteel wel erkend, ook in Overijssel, maar wordt tot dusverre zelden betrokken in de warmtetransitie. Tijd om dit te veranderen, omdat de meerzijdige potentie van mestvergisting tot dusverre onvoldoende wordt onderkend. Onterecht, zoals het onderzoek van Niek Reijers laat zien. Meer informatie bij Niek Reijers: niek.reijers@gmail.com