Chinees project zet koeienmest aan het werk

Biogas is fundamenteel nagenoeg hetzelfde als aardgas behalve dan dat het van ergens anders afkomstig is dan van diep onder de grond. Het hoofdbestanddeel van allebei deze brandstoffen is hetzelfde namelijk methaan. Methaan ofwel CH4 is de eenvoudigste van de koolwaterstof-verbindingen dat bij kamertemperatuur en atmosferische druk gasvormig is. Methaan, ook bekend onder de naam moerasgas, werd ontdekt door Alessandro Volta in 1778. Alessandro Volta was een Italiaanse natuurkundige die vrij gekend is, vooral voor zijn ontdekking van de elektrische batterij ofwel de voltaïsche cel. Volta raakte als kind geïnteresseerd in elektriciteit. Hij voerde op jonge leeftijd al experimenten uit en las alles wat hij over het onderwerp in handen kon krijgen. Op 18 jarige leeftijd correspondeerde hij al met hoogleraren en professoren over elektriciteit en was hij in principe al een expert in het vak. Op 24 jarige leeftijd bracht hij zijn eerste wetenschappelijke publicatie uit. Toen hij begin de dertig was richtte hij zijn aandacht niet meer zo sterk op elektriciteit maar specialiseerde hij zich in de scheikunde. En kort daarna deed hij een bijzondere ontdekking, namelijk het beroemde moerasgas. Hij voerde er verschillende experimenten ermee uit zoals bijvoorbeeld het ontsteken van gassen met een vonk in een gesloten vat. Na zijn ontdekking werd hij benoemd tot professor natuurkunde aan de Universiteit van Pavia - momenteel één van de oudste universiteit in Italië. Het was aan deze universiteit dat hij verder werkte aan zijn eerste passie namelijk elektriciteit. Hij was vooral begaan met het verschijnsel van statische elektriciteit. Nadat hij daar een aantal jaren werkte als professor, deed hij in 1800 zijn beroemde uitvinding, namelijk de zuil van Volta, wat dus uiteindelijk de allereerste elektrische batterij was. Maar voor zijn ontdekking van methaangas is minder bekend in vergelijking met zijn uitvinding van de elektrische batterij.

Wanneer men methaangas gebruikt is deze meestal ontstaan bij de afbraak van organische stoffen door bacteriën onder anaerobe omstandigheden. Zulke zuurstofloze omstandigheden komen veelal voor in moerasbodems en door bevind zich ook organisch afval die naar beneden is gezonken in het moeras. En dus uit de anaerobe vergisting (afbraak) van de organische stoffen ontstaat dan methaangas. Maar de overgrote hoeveelheid methaangas is afkomstig van diep onder de grond. Namelijk wordt het in natuurlijke vorm aangetroffen in samenhang met aardolie en andere fossiele brandstoffen en het heeft een vergelijkbare geologische oorsprong. En in sommige gevallen zorgt methaangas voor een heleboel problemen, namelijk in schachtbouwmijnen kan het zorgen voor gevaarlijke ondergrondse ontploffingen en dit heeft al vele levens van mijnwerkers geëist. Maar een andere, minder grote hoeveelheid van het methaangas aanwezig op de aarde is niet afkomstig van diep onder de grond. In de omgeving van rundveehouderijen is een verhoogde concentratie van methaan aanwezig. Namelijk wordt het gas geproduceerd door runderen. In hun voormagen verteerd er organisch afval bij anaerobe omstandigheden en dus wordt er hierdoor methaan gevormd.

Methaan is een veel gebruikte brandstof en vooral dan het methaangas in aardgas en van de fossiele brandstoffen in aardgas het properst voor het milieu in vergelijking met de andere fossiele brandstoffen. Bij de verbranding van aardgas ontstaat er veel minder CO2 per energieproductie in vergelijking met steenkool of aardolie. Daarnaast komt er na de verbranding ook geen roet of as vrij. En aardgas is veel gemakkelijker te ontdoen van onzuiverheden zoals bijvoorbeeld zwavel in vergelijking met de andere fossiele brandstoffen. Het is dus, fundamenteel gezien, een brandstof met een heleboel voordelen ten opzichte van de concurrenten maar toch zijn er in werkelijkheid een aantal spelbrekers. Waaronder bijvoorbeeld de opslag en het transport ervan, aan gezien het gevaar voor lekken en/of explosies. Ideaal is wanneer aardgas vervoerd kan worden in een pijpleiding, deze hebben namelijk reeds bewezen relatief veilig te zijn. Indien aardgas niet vervoerd kan worden via een pijpleiding wordt het transport een vrij kostelijke zaak. Ook de opslag van het gas dient met de nodige voorzorgen te gebeuren. Daarnaast zijn lekken tijdens transport en opslag een groot probleem want ook methaan is net zoals CO2 een broeikasgas. Erger nog bij wanneer 1 kilogram methaangas vrijkomt in de atmosfeer dan zorgt dit 21 maal meer voor opwarming van de aarde dan 1 kilogram CO2. Dus moet het gas met de nodige voorzichtigheid behandeld worden.

Het is erg waarschijnlijk dat methaan een steeds groter aandeel zal gaan krijgen in de energiemix ten opzichte van de andere fossiele brandstoffen. Dit aandeel zal niet noodzakelijk komen van een hoger gebruik van aardgas maar ook van andere bronnen zal methaan naar de energiemarkt komen. Ook door de anaerobe vergisting van biomassa kan er een aanzienlijke hoeveelheid biogas - dus methaangas - geproduceerd worden. Maar het gebruik van biomassa voor energietoepassingen is niet steeds een duurzaam vorm van energieproductie. Namelijk om duurzaam te zijn moet de productie van de biomassa aan een aantal voorwaarden voldoen. Zoals bijvoorbeeld mag de biomassa niet komen van ontbossing, of mag de uitstoot van CO2 tijdens de productie van de biomassa niet te hoog oplopen. Een andere voorwaarde heeft eigenlijk niet direct iets te maken met duurzame energie maar toch moet er aandacht aan besteed worden tijdens de productie van biomassa, is dat de productie van de biomassa niet mag concurreren met gewassen die dienen als voedsel. En door deze voorwaarden zijn de mogelijkheden voor de productie van biogas gedeeltelijk beperkt, indien men biogas als duurzame energiebron wil gaan consumeren. Maar in China zal biogas binnenkort waarschijnlijk een opmars kennen als energiebron. Door de steeds toenemende populatie in China, neemt de vraag naar energie er heel sterk toe. En andere aspect van deze stijgende vraag naar energie is de toenemende welvaart in het land. Samen met de snel groeiende industrie in het land kennen ook de melkveehouders er gouden tijden. Maar al deze runderen zorgen ook voor een nieuwe grote bron voor de uitstoot van broeikasgassen. En het land is al gekend omdat het 's werelds grootste uitstoter van deze gassen is.

Maar de melkproducent Huishan Dairy in het noord-oosten van het land wil hier verandering in brengen, namelijk door 's werelds grootste installatie te gaan plaatsen waarmee elektriciteit opgewekt kan worden door methaangas, geproduceerd uit de fermentatie van koeienstront. Historische gezien zijn de Chinezen nooit grote melkdrinkers geweest maar doordat de kostprijs ervan is gedaald en door sterke marketing is hier verandering in gekomen. Daardoor kent de melkvee-industrie in het land een grote expansie. Maar een dergelijke expansie zorgt dat een grote productie van koeienmest. Door deze koeienmest te gaan fermenteren verkrijgt men methaangas die gebruikt kan worden voor de productie van elektriciteit. Maar daarnaast verkrijgt men na de fermentatie ook nog andere stoffen die onder andere gebruikt kunnen worden voor de productie van meststoffen. Koeienmest wordt momenteel in sommige gevallen al gebruikt voor de productie van methaangas en dus als energiebron. Maar de installatie die geplaatst zal worden bij Huishan Dairy is 10 maal groter dan de doorsnee installatie van dit type. En door de enorm schaal van dit project is de opbrengst ervan ook een stuk groter. De gasgenerator wordt ontwikkeld door het Amerikaanse bedrijf General Electric en zij hopen dat dit project een demonstratie wordt voor anderen. Het gebruik van koeienmest als biomassa voor de productie van biomassa voldoende aan alle voorwaarden die men maar kan stellen, aangezien het nu eenmaal afval is. Wereldwijd wordt het vrijgekomen methaan in de agrarische industrie slechts in een zeer beperkt aantal gevallen opgevangen en gebruikt als energiebron. En het zou dus een zeer goede zaak zijn indien dit meer gedaan zou worden, aangezien de vele voordelen. Maar door de hoge initiële kost wordt dit veel afgewezen.

Huishan Dairy is één van de grootste melkveehouders in China, in totaal heeft het bedrijf zo'n 250.000 koeien en maandelijks moeten er 3.000 geïmporteerd worden uit Australië om dit aantal koeien te behouden. U krijgt dus al snel het idee dat de hoeveelheid koeienmest die daar geproduceerd gigantisch is. De installatie die er geïnstalleerd zal worden zal gebruik maken van de mest van ongeveer 60.000 koeien. Dit zal zorgen dat de installatie een capaciteit heeft van 5.6 megawatt elektriciteit. Een dergelijke capaciteit is voldoende om ongeveer 3.500 Amerikaanse huishoudens te voorzien van elektriciteit. En dit wil dus zeggen dat veel meer Chinese gezinnen van deze elektriciteit gebruik zullen maken, aangezien hun elektriciteitsverbruik een stuk lager ligt dan dat in Amerika. De technologie die in een dergelijke installatie gebruikt wordt is al een hele tijd geleden ontwikkeld. In de meest simpele uitvoering wordt de mest afgebroken in een anaerobe vergister waarin het opstijgende methaangas wordt weggenomen en gebruikt op dezelfde manier als die waarop men aardgas gebruikt bij de mensen thuis. Indien men elektriciteit wil gaan produceren met het opgevangen methaangas dan wordt de installatie al een stuk complexer aangezien het geproduceerde gas ook stoffen bevat die erg corrosief is. Maar dit kan opgelost worden door een relatief simpele voorbehandeling waarbij deze corrosieve stoffen verwijderd worden.

In China zou naar schatting al meer dan de helft van de melkveehouders een dergelijke installatie hebben voor de fermentatie van koeienmest en de opvang van de vrijgekomen methaangas. Maar in andere landen wordt dit in veel mindere mate gedaan, bijvoorbeeld in de VS heeft slechts 1% van de melkveehouders een dergelijke installatie. Maar dit heeft veel te maken met de schaal van de melkveehouderijen. Want een installatie voor de productie van methaan kost dubbel zoveel voor een melkveehouder met 100 koeien als voor een melkveehouder met 2000 koeien. Daarom maakt Huishan Dairy ook plannen om meerdere van dergelijke gigantische installatie te gaan plaatsen en koeienmest van de omliggende melkveehouderijen te gaan inzamelen en te gebruiken als grondstof voor de productie van methaangas. Experts zeggen dat er een aantal barrières aanwezig zijn in de VS en Europa voor een grote doorbraak van deze technologie. Deze barrières zijn in eerste mate de grote investeringen die vereist zijn om zo'n installatie aan te kopen. Ook is er maar weinig support van de overheid om deze technologie te gaan promoten. Maar daarnaast, wat wellicht de allergrootste barrière is, is een tekort aan educatie over dit onderwerp. Maar weinigen zijn op de hoogte van de mogelijkheden van biogas en de productie ervan uit koeienmest.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [technologyreview]