FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE ACADEMIEJAAR 2009-2010
Biogas in Vlaanderen: een SWOT-analyse
Astrid ROELS
onder leiding van
Prof. Dr. Johan ALBRECHT
Masterproef voorgedragen tot het behalen van de graad van Master in de bedrijfseconomie
i De auteur en de promotor geven de toelating dit werk voor consultatie beschikbaar te stellen, en delen ervan te kopi¨eren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting uitdrukkelijk de bron te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit dit werk. The author and the promoter give the authorization to consult and to copy parts of this work for personal use only. Any other use is limited by the Laws of Copyright. Permission to reproduce any material contained in this work should be obtained from the author.
Gent, mei 2010
De promotoren: Prof. dr. Johan Albrecht ir. Elien Vulsteke
De auteur: Astrid Roels
ii
Woord vooraf
Een masterproef schrijf je niet alleen, zoveel is zeker. Deze masterproef zou dan ook nooit tot stand zijn gekomen zonder de hulp en begeleiding van een aantal mensen die ik op mijn weg ben tegengekomen en die oprecht een speciaal woord van dank verdienen. In de eerste plaats wil ik mijn promotor, Professor Johan Albrecht, bedanken voor de kans me te verdiepen in dit boeiende onderwerp. Daarnaast wil ik mijn co-promotor, Elien Vulsteke, bedanken om zoveel tijd en zorg te besteden aan het doornemen en verbeteren van deze masterproef. In mijn zoektocht naar accuraat cijfermateriaal kon ik rekenen op de enthousiaste medewerking van Professor Erik Meers, Patrick Christaens en Kurt Sys. Hun inbreng en inzichten hebben een belangrijke invloed gehad op de uiteindelijke resultaten. Graag wil ik een bijzonder woord van dank uitbrengen aan de zaakvoerder van een biogasinstallatie die liever anoniem wenst te blijven. De gedetailleerde gegevens die hij mij bezorgde en het bezoek aan de installatie hebben een sterke invloed gehad op mijn inzichten in de toepassing van biogas in Vlaanderen en de kwaliteit van de berekeningen. Mijn laatste en meest speciale woord van dank wil ik richten aan mijn lieve ouders. Bedankt voor de kans om dit extra jaar te mogen bijstuderen, de steun, de zorg en zoveel meer. Astrid Roels
Inhoudsopgave 1 Inleiding en Doelstellingen
1
I
4
Hernieuwbare energie in Belgi¨ e
2 Hernieuwbare, niet-hernieuwbare en duurzame energie
5
2.1
Definities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.2
Hernieuwbare energiebronnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
2.2.1
Zonne-energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
2.2.2
Biomassa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
2.2.3
Windenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.2.4
Waterkracht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.2.5
Oceanische energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.2.6
Aardwarmte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
3 De Belgische energiemarkt 3.1
3.2
8
Liberalisering van de energiemarkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
3.1.1
De elektriciteitsmarkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
3.1.2
De gasmarkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
Hernieuwbare energie in Belgi¨e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
3.2.1
Groene stroom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
3.2.2
Groene warmte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
3.2.3
Biobrandstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
iii
INHOUDSOPGAVE
II
iv
Biogas in Vlaanderen
14
4 Biogas
15
4.1
Wat is anaerobe vergisting? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
4.1.1
Het vergistingsproces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
4.1.2
Grondstoffen voor vergisting
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
Toepassingsmogelijkheden voor biogas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
4.2.1
Doelstellingen anaerobe vergisting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
4.2.2
Omzetting van biogas naar duurzame nuttige energie . . . . . . . . . . . . .
17
4.2
III
Investeringsanalyse
5 Verhandelbare groenestroomcertificaten in Vlaanderen
20 21
5.1
Actoren verantwoordelijke voor het energiebeleid in Belgi¨e . . . . . . . . . . . . . .
21
5.2
Doel van groenestroomcertificaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
5.3
Algemene beschrijving van het GSC-systeem in Vlaanderen . . . . . . . . . . . . .
22
6 Investeringsanalyse
24
6.1
Investeringsbeslissing: theoretisch achtergrond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
6.2
Inherente karakteristieken van hernieuwbare elektriciteit . . . . . . . . . . . . . . .
25
6.3
Aanpassingen aan model Verbruggen (2004) voor biogas . . . . . . . . . . . . . . .
25
6.4
Winstgevendheid van hernieuwbare elektriciteit onder vrije marktcondities . . . . .
26
6.5
Winstgevendheid van hernieuwbare energieprojecten aangepast in functie van het openbaar beleid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
7 Gevalstudie
28
7.1
Doelstelling inplanting vergistingsinstallatie in agrarisch gebied . . . . . . . . . . .
28
7.2
Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
7.2.1
Wetgeving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
7.2.2
Inputstromen in gevalstudie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
INHOUDSOPGAVE 7.3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
7.3.1
Energetische output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
7.3.2
Output van digestaat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
7.4
Exploitatiekosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
7.5
Subsidies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
7.6
Investering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
7.7
Financiering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
7.8
Samenvatting en besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
IV
Output
v
Een toekomst voor biogas
8 Opwerking van biogas tot aardgaskwaliteit?
42 43
8.1
Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
8.2
Het succesverhaal van Laholm (Zweden) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
8.3
Opwerking van biogas tot groen gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
8.3.1
Opwerking en injectie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
8.3.2
Economische haalbaarheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
8.4
Ontwikkelen groen gas in Vlaanderen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
8.5
Groene stroom, groene warmte of groen gas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
8.5.1
Huidige situatie Vlaanderen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
8.5.2
Economische haalbaarheid van het gecombineerd toepassen van groen gas en groene stroom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
De meest effi¨ente aanwending van biogas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
8.5.3
9 Biogas ten opzichte van wind- en zonne-energie 9.1
51
Zon, wind en biogas voor een landbouwbedrijf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
9.1.1
Zon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
9.1.2
Wind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
9.1.3
Biogas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
INHOUDSOPGAVE
vi
9.2
Zon, wind en biogas in functie van de exploitatieruimte . . . . . . . . . . . . . . .
54
9.3
Biogas, zonne-energie of windenergie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
9.3.1
Fluctuerend energieaanbod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
9.3.2
Implementatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
9.3.3
Energetisch rendement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
9.3.4
Andere factoren
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
9.3.5
Besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
10 Biogas - een betrouwbare en flexibele energiebron
V
57
10.1 Maatschappelijke en economische voordelen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
10.1.1 Landbouw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
10.1.2 Mobiliteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
10.1.3 Recyclage van afvalstoffen met natuurvriendelijke energierecuperatie . . . .
59
10.1.4 Beperking van methaanemissies uit afval- en mestopslag . . . . . . . . . . .
60
10.1.5 Vermindering emissies naar grond- en oppervlaktewater . . . . . . . . . . .
60
10.1.6 Export . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
10.1.7 Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
10.2 Knelpunten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
10.2.1 Financi¨eel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
10.2.2 Emissies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
10.2.3 Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
10.2.4 Gezondheid en veiligheid
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
10.2.5 Teelt van energiegewassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
Potentieelstudie
11 Inventarisatie van inputstromen 11.1 Doelstelling en werkwijze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64 65 65
INHOUDSOPGAVE
vii
11.2 Energiegewassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
11.2.1 Vergelijkende studie voor energiegewassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
11.2.2 Energiegewassen voor de integrale potentieelstudie . . . . . . . . . . . . . .
69
11.3 Biomassa-afvalstromen of bijproducten van de agro- en bioindustrie . . . . . . . . .
70
11.3.1 Huishoudelijke afvalstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
11.3.2 Bedrijfsafvalstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
11.4 Mest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
12 Potenti¨ ele biogasproductie in Vlaanderen
80
12.1 Aannames en berekeningswijze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
12.1.1 Vuistregel 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
80
12.1.2 Vuistregel 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
12.2 Resultaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
12.2.1 Aandeel inputstromen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
12.2.2 Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
81
12.2.3 Aandeel biogasinstallaties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
13 Algemeen besluit
83
VI
86
Bijlagen
A Investeringsanalyse
87
A.1 Investeringsanalyse (jaar 0 tot jaar 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
87
A.2 Investeringsanalyse (jaar 4 tot jaar 7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
89
A.3 Investeringsanalyse (jaar 8 tot jaar 10) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
B Potentieelstudie
93
B.1 Potentieelstudie Minimale Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
B.2 Potentieelstudie Praktisch Realiseerbaar Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
95
B.3 Potentieelstudie Maximale Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
97
INHOUDSOPGAVE
viii
VII
99
Literatuurlijst
Lijst van figuren
4.1
Anaerobe vergisting schematisch voorgesteld (Biogas-E vzw)
. . . . . . . . . . . .
16
11.1 Biogasopbrengst van uiteenlopende types biomassa (Naeyaert, 2007) . . . . . . . .
70
11.2 Overzicht van verschillende mestverwerkingstechnieken (Voortgangsrapport Mestbank, 2009) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
78
ix
Lijst van tabellen 3.1
3.2
Stand van de hernieuwbare energie doelstelling in Vlaanderen in 2008 (Jespers et al., 2008) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
Overzichtstabel resultaten hernieuwbare inventaris Vlaanderen (2006-2008)( Jespers et al., 2008) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
3.3
Evolutie van het ge¨ınstalleerd vermogen voor groene stroomproductie (VREG, 2009) 13
4.1
De veelzijdige legislatieve waarde van biogas afkomstig van anaerobe vergisting in Europa (Holm-Nielsen et al., 2009) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
5.1
Minimumprijs per certificaat en per megawattuur (MWh) . . . . . . . . . . . . . .
23
7.1
Inputstromen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
7.2
Elektrische output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
7.3
Energetische output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
7.4
Resultaat digestaatverwerking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
7.5
Overzicht van de investering, subsidies en financiering . . . . . . . . . . . . . . . .
38
7.6
Inputvariabelen investeringsanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
7.7
Voorspelde kasstromen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
8.1
Laholm biogas plant - inputs and outputs (2004) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
8.2
Onrendabele toppen in Vlaanderen (Vito, 2007) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
9.1
Overzicht parameters biogas, zonne- en windenergie voor een landbouwbedrijf met een elektriciteitsverbruik van 200.000 kWh (Mermuys en Ghekiere, 2006) . . . . .
54
Opbrengst energie per ingenomen 1,5 ha exploitatieruimte (Christiaens, 2009) . . .
54
9.2
x
LIJST VAN TABELLEN
xi
11.1 Totale areaal aan landbouwgewassen dat in aanmerking kan komen voor energiebouw in Vlaanderen (Federale Overheidsdienst Economie) . . . . . . . . . . . . . .
68
11.2 Elektriciteitsproductie bij 5%, 15% en 25% inzet van het areaal dat in aanmerking komt voor energiebouw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
69
11.3 Evolutie van operationele mestverwerkingscapaciteit in ton/jaar van 2003 tot 2009 (Voortgangsrapport Mestbank, 2009) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
78
12.1 Overzicht resultaten potentieelstudie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
82
A.1 Uitgewerkte investeringsanalyse jaar 0 tot jaar 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
88
A.2 Uitgewerkte investeringsanalyse jaar 4 tot jaar 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
90
A.3 Uitgewerkte investeringsanalyse jaar 8 tot jaar 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
92
B.1 Minimale Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94
B.2 Praktisch Realiseerbaar Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
B.3 Maximale Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
98
Hoofdstuk 1
Inleiding en Doelstellingen De afgelopen decennia lijden de westerse landen steeds meer onder de stijgende olie- en gasprijzen. De fossiele energievoorraden zijn eindig en elke dag wordt deze harde realiteit pijnlijk duidelijker. Momenteel vormen deze fossiele brandstoffen de voornaamste energiebron op aarde. Het hoge verbruik hiervan put deze energiebronnen dan ook langzaam maar zeker uit. Daarnaast is de verbranding van fossiele brandstoffen de voornaamste oorzaak van luchtvervuiling door de uitstoot van gassen als NOx, CO, SO2 ,. . . en fijn stof. De uitstoot van CO2 bij deze verbranding draagt dan weer bij tot de toename van het broeikaseffect. Hoewel de ge¨ındustrialiseerde landen het meest verantwoordelijk zijn voor deze stijgende brandstofprijzen, de luchtvervuiling en het broeikaseffect, lijden de armsten, zoals het Afrikaanse continent, hier ook onder. Het energieprobleem en zijn gevolgen is dan ook een probleem met een globale omvang. In dit kader keurde de Raad van de Europese Unie en het Europees Parlement op 23 april 2009 de richtlijn 2009/28/EG goed. In deze nieuwe richtlijn wordt een gemeenschappelijk kader vastgesteld voor het bevorderen van energie uit hernieuwbare bronnen. Het doel van de richtlijn is een algemeen bindend streefcijfer van 20% voor het aandeel van hernieuwbare energiebronnen in het totale energieverbruik en minstens 10% voor het aandeel van biobrandstoffen in brandstoffen voor vervoer te verwezenlijken in heel Europa, en om tegen 2020 bindende nationale streefcijfers vast te stellen overeenkomstig het algemene EU-streefcijfer van 20%. Voor Belgi¨e bedraagt het bindend streefcijfer 13% tegen 2020. Om deze doelstelling te halen wil Belgi¨e de productie van hernieuwbare energie op eigen grondgebied maximaliseren. ´ en van de algemene trends in dierlijke productieactiviteiten die zich in Europa en andere ontE´ wikkelde landen voordoet, is het intensifi¨eren van de dierlijke productie en het toenemen van de hoeveelheid vee. Dit gaat gepaard met de productie van aanzienlijke hoeveelheden mest die een potenti¨ele bedreiging is voor het welzijn van het milieu. Omwille van de hoge dierlijke productieactiviteit in Vlaanderen en het relatief beperkt landbouwareaal, heeft Vlaanderen te kampen met afzetproblemen voor zijn mest. In het verleden heeft de hoge afzet van mest op het land geleid tot stikstofverontreiniging van grond- en oppervlaktewateren. Vlaanderen is in het kader van de nitraatrichtlijn dan ook volledig een kwetsbare zone. Daarnaast is mestverwerking niet alleen belangrijk voor de aanpak van het mestoverschot, maar het draagt ook bij tot een oplossing van het ammoniakprobleem in het kader van de Europese NEC-richtlijn (Omzendbrief RO/2006/01). 1
HOOFDSTUK 1. INLEIDING EN DOELSTELLINGEN
2
Ondanks de inspanningen die de sector en de overheid de afgelopen jaren reeds heeft geleverd om via afbouw van de veestapel, mestbewerking en -verwerking, export evenals voedertechnische maatregelen tot een duurzaam resultaat te komen, zijn bijkomend inspanningen noodzakelijk. De microbi¨ele omzetting van energiegewassen en organisch afval tot biogas is ´e´en van de meest aantrekkelijke technologie¨en voor energieproductie, recuperatie van grondstoffen en afvalbehandeling. Het cre¨eert vele mogelijkheden om een positieve impact op het milieu te bekomen door middel van het reduceren van de broeikasgasemissies, het bevorderen van het beheer van mest en organische afval en de vervanging van minerale meststoffen. Biogas wordt vandaag hoofdzakelijk gebruikt voor elektriciteit en warmteproductie, maar het kan ook toegepast worden als brandstof voor voertuigen en de productie van H2 die nodig is voor brandstofcellen. Deze verscheidenheid aan potenti¨ele voordelen die de vergisting van organische biomassa kan bieden als antwoord op het energie- en mestverwerkingsprobleem in Vlaanderen, is het onderwerp van deze masterproef. In een eerste deel wordt beschreven hoe hernieuwbare, duurzame energie gedefinieerd wordt, hoe de Belgische energiemarkt werkt en hoe de ontwikkeling van hernieuwbare energie uit verschillende bronnen ge¨evolueerd is tot nu. Een tweede deel licht het proces van anaerobe vergisting toe. De verschillende processtappen worden kort toegelicht om een technische basis te vormen voor de potentieelstudie en investeringsanalyse. Vervolgens worden de doelstelling van biogasprojecten in Vlaanderen toegelicht in combinatie met de legislatieve waarde die hiermee bereikt wordt. Ten slotte wordt gekeken naar de verschillende mogelijkheden om biogas om te zetten in een duurzame vorm van energie. Biogas is namelijk een universele energiebron die kan gebruikt worden voor verschillende toepassingen wanneer de gaskwaliteit aangepast is aan de specifieke vereisten voor de toegepaste techniek. Momenteel wordt biogas door middel van een warmtekrachtkoppeling omgezet in warmte en elektriciteit na ontzwaveling en ontwatering. De elektriciteit wordt aan het openbaar net gevoed en de thermale energie wordt gebruikt voor de verwarming van de biomassa in het vergistingsproces of drogen/indampen van het digestaat. Het derde deel omvat een investeringsanalyse voor een middelgrote biogasinstallatie ingepland in agrarisch gebied. Vooraleer de gevalstudie in beschouwing te nemen, wordt een theoretisch model voor een investeringsbeslissingen inzake biogasinstallatie opgesteld. Dit model is gebaseerd op de generatie van hernieuwbare elektriciteit door Verbruggen (2004). De gevalstudie is gebaseerd op een bestaande biogasinstallatie die intussen bijna een jaar operationeel is, waardoor de inputgegevens uit de praktijk afkomstig zijn en het eindresultaat dus zeer betrouwbaar en realistisch is. In deze gevalstudie wordt uitvoerig aandacht besteed aan de wetgeving omtrent de inputstromen en afzetmarkten voor het digestaat. Dit is van groot belang aangezien de digestaatverwerking in Vlaanderen een zeer grote kost met zich meebrengt en de rendabiliteit van een biogasproject voor een groot deel bepaalt. In een volgend deel wordt gekeken naar de toekomstmogelijkheden van biogas in functie van de voor- en nadelen die deze technologie met zich meebrengt. De mogelijkheid om biogas op te waarderen tot aardgaskwaliteit wordt besproken, waarbij het succesverhaal van de vergistingsinstallatie in Laholm in Zweden als voorbeeld wordt ge¨ıllustreerd en een korte discussie volgt omtrent de aanwending van biogas als groen gas, groene stroom of groene warmte. Daarnaast wordt biogas afgewogen ten opzichte van de twee andere frequent toegepaste hernieuwbare energietechnologie¨en
HOOFDSTUK 1. INLEIDING EN DOELSTELLINGEN
3
in Vlaanderen, namelijk zon en wind. Tot slot worden de voordelen van biogas op maatschappelijk, economisch en milieugebied toegelicht, naast nog een aantal knelpunten waarmee de technologie te kampen heeft. In een laatste deel wordt een potentieelstudie uitgevoerd om in te schatten hoeveel biogasinstallaties Vlaanderen zou kunnen ondersteunen op basis van zijn biomassastromen. Voor deze potentieelstudie wordt uitgegaan van de theoretische haalbaarheid op basis van de biomassa die ter beschikking is. Dit betekent dat al deze organisch-biologische stromen dienen gesommeerd te worden in verhouding tot hun biogasopbrengst. Een tweede uitgangspunt is het technische potentieel dat zich voornamelijk richt op de haalbaarheid van de voorgenomen technische uitvoering (het daadwerkelijk bouwen) van de biogasinstallaties in functie van de verscheidenheid aan biomassastromen die aangeleverd worden. Binnen deze twee uitgangspunten wordt gewerkt met verschillende scenario’s. Om de verschillende scenario’s op te bouwen, worden telkens een aantal aannames gedaan betreffende de verschillende organische inputbronnen voor anaerobe vergisting via co-fermentatie. De drie scenario’s gaan uit van ten eerste, een minimaal haalbaar scenario, zoals deze nu reeds bestaat of zonder extra moeite haalbaar zou moeten zijn, ten tweede, een praktische realiseerbaar scenario dat met een extra inspanning zeer realistisch is voor Vlaanderen en ten slotte, een maximaal scenario binnen de grenzen van het realiseerbare.
Deel I
Hernieuwbare energie in Belgi¨ e
4
Hoofdstuk 2
Hernieuwbare, niet-hernieuwbare en duurzame energie 2.1
Definities
Het meest gebruikte onderscheid tussen primaire energiebronnen is nog altijd het onderscheid tussen hernieuwbare en niet-hernieuwbare energiebronnen. ’Hernieuwbare bronnen’ is een vertaling van de term ’renewables’. Recent is men eerder geneigd te spreken van stromingsbronnen, vernieuwbare voorraden en niet-vernieuwbare voorraden (Milieurapport Vlaanderen, 2007). Het MIRA 2007 geeft volgende omschrijvingen voor deze termen: • Stromingsbronnen zijn energiegebronnen waarvan het gebruik niet leidt tot een vermindering van de omvang van deze stromen. In zekere zin kan men spreken van ’onuitputtelijke voorraden’, onuitputtelijk in de zin dat de mens nog vele duizenden en zelfs miljoenen jaren gebruik zal kunnen maken van deze energiebronnen. Voorbeelden van stromingsbronnen zijn zonne-energie, wind, waterkracht en getijden; • Vernieuwbare voorraden zijn energiebronnen waarvan het gebruik leidt tot een vermindering van de omvang van de voorraad, maar waarvan de voorraad in principe zo snel kan worden aangevuld - dank zij ’snelle’ biologische processen - dat het lijkt alsof ze ’onuitputtelijk’ zijn. Het voorbeeld is biomassa, waarbij men er steeds moet voor zorgen dat de aanwas nooit kleiner is dan het gebruik; • Niet-vernieuwbare voorraden zijn energiebronnen waarvan het gebruik leidt tot een vermindering van de omvang van de voorraad op aarde, en waarvan de voorraad in principe niet snel genoeg kan worden aangevuld - omwille van ’zeer trage’ geologische processen of van astrofysische processen - zodat ze ’uitputbaar’ (depletable) zijn. Voorbeelden zijn fossiele brandstoffen en uranium- en thoriumertsen. Het onderscheid is voornamelijk gebaseerd op de ’tijdschaal’ waarin de natuurlijke primaire conversieprocessen zich afspelen. Natuurlijke fotosynthese is een relatief snel omzettingsproces, maar 5
HOOFDSTUK 2. HERNIEUWBARE, NIET-HERNIEUWBARE EN DUURZAME ENERGIE6 het kan maanden tot vele jaren duren vooraleer dit proces bruikbare biomassa (energieteelten) oplevert. De omzetting van biomassa tot fossiele brandstoffen gebeurt op geologische tijdsschaal, duizenden tot miljoenen jaren. De uranium- en thoriumvoorraden zijn het resultaat van supernova’s en de vorming van ons zonnestelsel miljarden jaren geleden. De mens kan - tot op zekere hoogte - de natuurlijke conversieprocessen op kunstmatige wijze versnellen, maar dat is niet noodzakelijk wenselijk (bemesting, kernenergie) of praktisch (kunstmatige omzetting van biomassa in steenkool) (Milieurapport Vlaanderen, 2007). In deze masterproef zullen stromingsbronnen en vernieuwbare voorraden samengenomen worden als ’hernieuwbare energiebronnen’. Er dient opgemerkt dat een hernieuwbare energiebron niet noodzakelijk duurzaam is. Bij duurzaam energiegebruik spelen drie aspecten een rol: het niet uitputten van grondstoffen, het vermijden van milieubelastende effecten, en de duurzame bijdrage aan de sociale en economische ontwikkeling (Neyens, 2006). De hernieuwbare energiebron hout bijvoorbeeld kan men duurzaam gebruiken in een goed afgestelde houtvergasser of weinig duurzaam in een slecht trekkende open haard (Neyens et al., 2004).
2.2 2.2.1
Hernieuwbare energiebronnen Zonne-energie
De zon straalt energie uit in de vorm van elektromagnetische golven (stralingsenergie), voor ongeveer de helft in de vorm van zichtbaar licht en voor de andere helft in de vorm van infraroodstralen (warmtestraling), met een klein gedeelte in de vorm van ultravioletstralen (UV). De zon zendt ook deeltjesstraling uit (protonen, elektronen, neutrino’s, . . . ). Deze uitgezonden energie is afkomstig van kernfusiereacties in het binnenste van de zon (Milieurapport Vlaanderen, 2007).
2.2.2
Biomassa
De hogere planten, de meeste algen en sommige bacteri¨en zetten een deel van de stralingsenergie van de zon om naar chemische energie (fotosynthese). Fotosynthese is (vereenvoudigd) een biochemisch proces waarbij water en koolstofdioxide door middel van zonlicht wordt omgezet in een suikergroep (C6 H12 O6 ) en zuurstof. Biomassa als energiebron is organisch materiaal afkomstig van planten en dieren. Dit organisch materiaal kan afkomstig zijn van gewassen die speciaal geteeld zijn voor energiegebruik (energieteelten), of van afval- of reststromen. Biomassa is slechts een hernieuwbare energiebron voor zover ze telkens wordt vernieuwd in dezelfde mate als dat mensen ze gebruiken (op wereldvlak). Om een duurzame energiebron te zijn dient biomassa organisch onderdeel te zijn van de zogenaamde korte koolstofkringloop. Het gebruik van bio-energie mag enkel CO2 uitstoten die nog maar kortgeleden is vastgelegd, zodat er geen toename is van de totale hoeveelheid CO2 in de atmosfeer (CO2 -neutraal). Fossiele brandstoffen daarentegen maken deel uit van de lange koolstofkringloop (Milieurapport Vlaanderen, 2007).
HOOFDSTUK 2. HERNIEUWBARE, NIET-HERNIEUWBARE EN DUURZAME ENERGIE7
2.2.3
Windenergie
Ongeveer 0,5% van het zonlicht dat in de dampkring binnenkomt wordt omgezet in kinetische energie van de lucht (Scientific American, 2006).
2.2.4
Waterkracht
De hydrologische kringloop of watercyclus beschrijft het voorkomen (als waterdamp, water of ijs) en het bewegen van water op, onder en boven het aardoppervlak.
2.2.5
Oceanische energie
Oceanische energie omvat golven, getijden, permanente zeestromen en zoutgradi¨enten.
2.2.6
Aardwarmte
Aardwarmte wordt ook wel geothermische energie genoemd, hierbij wordt een onderscheid gemaakt tussen diepe aardwarmte en aardwarmte nabij de oppervlakte.
Hoofdstuk 3
De Belgische energiemarkt 3.1
Liberalisering van de energiemarkt
De vrijmaking van de elektriciteits- en aardgasmarkt is opgelegd door Europa via de Europese richtlijnen 2003/54/EG (de Elektriciteitsrichtlijn) en 2003/55/EG (de Gasrichtlijn). Het kadert in een van de basisprincipes van Europa: de voltooiing van de gemeenschappelijke of ’interne’ markt. De Europese lidstaten moeten hun nationale elektriciteits- en aardgasmarkt openstellen voor buitenlandse bedrijven. Dit zou voor meer concurrentie moeten zorgen wat tot meer marktconforme (en hopelijk scherpere) prijzen en een betere service moet leiden (VREG, 2008). Sinds 1 juli 2003 is de elektriciteits- en aardgasmarkt vrij in Vlaanderen. Dit betekent dat de berekening van de parameters voor de indexering van de elektriciteitsprijzen niet meer onder de bevoegdheid van de overheid valt, maar onder die van de energieleveranciers (CREG, 2010). Omdat er geen concurrentie was, waren de energieprijzen in Vlaanderen vaak hoger dan in het buitenland. Na de vrijmaking van de elektriciteits- en gasmarkt werd de distributie van elektriciteit en aardgas in het Vlaams Gewest opgesplitst in twee activiteiten (VREG, 2008): • De verkoop van elektriciteit en/of aardgas: de levering van energie. Dit gebeurt door de energieleveranciers, die met elkaar concurreren. • Het netbeheer: het uitbaten, onderhouden en ontwikkelen van het distributienet. Het netbeheer blijft in de vrijgemaakte elektriciteits- en aardgasmarkt in handen van de netbeheerders. Dit zijn de elektriciteits- en aardgasintercommunales of -regies. Het netbeheer blijft een monopolie omdat het bestaande net zo effici¨ent mogelijk moet worden gebruikt. Op deze manier wordt ook vermeden dat verschillende elektriciteits- en aardgasnetten naast elkaar zouden worden aangelegd. Elektriciteitsbedrijven waren voor de liberalisering van de energiemarkten bijna overal ter wereld verticaal ge¨ıntegreerde bedrijven, die alle elementen van de keten (productie, transport, distributie, levering) voor een bepaalde zone in handen hadden, meestal met een wettelijk monopolie (voor de distributie) of met een dominante marktpositie. De liberalisering van de energiemarkten heeft hierin verandering gebracht (VREG, 2008). 8
HOOFDSTUK 3. DE BELGISCHE ENERGIEMARKT
3.1.1
9
De elektriciteitsmarkt
Productie van elektriciteit Een eerste stap in de elektriciteitsmarkt is de productie van elektriciteit. Conventioneel wordt elektriciteit geproduceerd in elektriciteitscentrales. In deze centrales worden fossiele brandstoffen als olie, gas of steenkool of uranium in het geval van kerncentrales als brandstof gebruikt om via een stoomturbine of een verbrandingsmotor mechanische energie om te zetten in elektrische energie. In Belgi¨e zijn de belangrijkste producenten van elektriciteit Electrabel en SPE. De productiemarkt is dus zeer geconcentreerd. Samen produceren Electrabel (de grote speler) en SPE (een kleinere speler) meer dan 90 procent van de elektriciteit in Belgi¨e. Daarnaast zijn er nog de zelfopwekkers, de warmtekrachtkoppeling-producenten (WKK-producenten) en de hernieuwbare energieproducenten (VREG, 2010).
Transmissie van elektriciteit In Belgi¨e wordt het transmissienet beheerd door nv Elia in de vorm van een wettelijk monopolie. Via dit hoogspanningsnet (>70 kV) wordt elektriciteit vervoerd naar een distributienet of naar het buitenland (VREG, 2010).
Distributie van elektriciteit Elektriciteit die van het transmissienet op het distributienet wordt geplaatst, wordt voor verdere verdeling overgezet naar een lager spanningsniveau. Het beheer van de distributienetten is een monopolieactiviteit die in de vrije energiemarkt wordt verzorgd door intercommunales. Vlaanderen telt op dit moment 16 distributienetbeheerders. De netbeheerder beheert, bouwt en onderhoudt voor een bepaald grondgebied het distributienet voor elektriciteit en/of aardgas en vervoert op vraag van de leverancier de energie tot bij de eindafnemer (VREG, 2010).
Toevoer van elektriciteit In de vrijgemaakte markt is de levering of verkoop van elektriciteit en aardgas een concurrenti¨ele activiteit. Leveranciers zijn verantwoordelijk voor het voorzien van de energie die hun klanten zullen verbruiken. Ze kopen de energie rechtstreeks of onrechtstreeks bij producenten (bilaterale contracten, trading, beursaankopen) of ze zijn zelf producent. Ze verkopen deze energie aan de netgebruikers, die ze individueel factureren (VREG, 2010).
HOOFDSTUK 3. DE BELGISCHE ENERGIEMARKT
3.1.2
10
De gasmarkt
Productie van aardgas Aardgas is een fossiele brandstof, ontstaan uit de resten van prehistorische vennen en wouden. De gasreserves zitten kilometers diep onder de grond en zijn verspreid over de hele aarde. Wanneer ergens in de wereld een aardgasveld wordt ontdekt, wordt het aanwezige gas via speciale boortorens opgehaald. Indien nodig wordt het opgehaalde gas eerst in een behandelingsfabriek gezuiverd. In Belgi¨e wordt geen aardgas ontgonnen. Alle aardgas moet worden ingevoerd vanuit het buitenland (VREG, 2010).
Invoer van aardgas Zodra het aardgas is opgehaald en gezuiverd, wordt het naar de verbruikszones vervoerd. Die kunnen soms duizenden kilometers verder liggen. Het vervoer naar Belgi¨e gebeurt via bovengrondse of onderzeese pijpleidingen, of methaantankers. Om het gas te kunnen vervoeren met immens grote tankers, moet het eerst vloeibaar worden gemaakt. Dit gebeurt door het gas onder atmosferische druk op een temperatuur van -163◦ C te houden. Via in- en ontschepingshavens (zoals Zeebrugge) wordt het gas dan verder verdeeld (VREG, 2010).
Opslag en vervoer van aardgas Om de continu¨ıteit van de bevoorrading te waarborgen en transportleidingen met een overdreven grote diameter te vermijden, moet gas kunnen worden opgeslagen in grote reservoirs. Belgi¨e heeft een aantal opslagruimtes voor gas, bijvoorbeeld de reservoirs in Zeebrugge. Het vervoer van aardgas gebeurt in Belgi¨e via het vervoernet van nv Fluxys (VREG, 2010).
Distributie van aardgas Aardgas dat van het vervoernet op het distributienet wordt geplaatst, wordt overgezet naar een lager drukniveau. Het beheer van de distributienetten is een monopolieactiviteit die in de vrije energiemarkt wordt verzorgd door intercommunales. Vlaanderen telt op dit moment 11 distributienetbeheerders voor aardgas (VREG, 2010).
Toevoer van aardgas In de vrijgemaakte markt is de levering of verkoop van aardgas een concurrenti¨ele activiteit. Om aardgas te leveren hebben leveranciers een leveringsvergunning nodig van de VREG (VREG, 2010).
HOOFDSTUK 3. DE BELGISCHE ENERGIEMARKT
3.2
11
Hernieuwbare energie in Belgi¨ e
Op 23 april 2009 keurde de Raad van de Europese Unie en het Europees Parlement de richtlijn 2009/28/EG goed. In deze nieuwe richtlijn wordt een gemeenschappelijk kader vastgesteld voor het bevorderen van energie uit hernieuwbare bronnen. Daarnaast worden bindende streefcijfers vastgesteld voor het aandeel energie afkomstig uit hernieuwbare bronnen ten opzichte van het totale energieverbruik en voor het aandeel van energie uit hernieuwbare bronnen in het vervoer. In de richtlijn worden ook regels vastgelegd met betrekking tot garanties van oorsprong, administratieve procedures en aansluitingen op het elektriciteitsnet voor energie uit hernieuwbare bronnen, en worden milieuduurzaamheidscriteria vastgelegd voor biobrandstoffen en andere biovloeistoffen. Het doel van de richtlijn is een algemeen bindend streefcijfer van 20% voor het aandeel van hernieuwbare energiebronnen in het totale energieverbruik en minstens 10% voor het aandeel van biobrandstoffen in brandstoffen voor vervoer te verwezenlijken in heel Europa, en om tegen 2020 bindende nationale streefcijfers vast te stellen overeenkomstig het algemene EU-streefcijfer van 20%. Voor Belgi¨e bedraagt het bindend streefcijfer 13% tegen 2020 (Jespers et al., 2008). In tabel 3.1 wordt de stand van zaken in Vlaanderen in 2008 weergegeven. Tabel 3.1: Stand van de hernieuwbare energie doelstelling in Vlaanderen in 2008 (Jespers et al., 2008) bruto groenestroomproductie TJ groene warmte TJ verbruik biobrandstoffen TJ Totale hernieuwbare energie Vlaanderen (TJ) Totaal tinaal energieverbruik Vlaanderen (TJ) % hernieuwbare energie/totaal finaal energieverbruik ¨ 2020 STREEFDOEL BELGIE
7.829 11.517 2.179 21.525 895.664 2,4% 13%
Een gedetailleerd overzicht van het energieverbruik in Belgi¨e over de periode 2006-2008 en het aandeel van energie afkomstig uit hernieuwbare bronnen is weergegeven in tabel 3.2. Het aandeel van biogas in de groene stroom productie in 2008 bedroeg 13,2%. Het bruto binnenlands energiegebruik (BBE), zoals vermeld in tabel 3.2, is de som van het eigen gebruik en de verliezen (bij transformatie, transmissie/transport en distributie) van de energiesector enerzijds, en het eindgebruik door de overige sectoren (of netto binnenlands energiegebruik) anderzijds.
3.2.1
Groene stroom
De Europese richtlijn 2001/77/EG betreffende elektriciteitsproductie uit hernieuwbare energiebronnen legt voor de verschillende lidstaten indicatieve doelstellingen vast voor het aandeel hernieuwbare energiebronnen in het elektriciteitsverbruik (bruto binnenlands elektriciteitsverbruik) tot 2010. Voor Belgi¨e bedraagt dit 6% tegen 2010.
HOOFDSTUK 3. DE BELGISCHE ENERGIEMARKT
12
Tabel 3.2: Overzichtstabel resultaten hernieuwbare inventaris Vlaanderen (2006-2008)( Jespers et al., 2008) Groenestroomproductie MWh (netto)
2006
2007
2008
2.079 237.492 3.122 208.184 806.807 173.375 1.431.059
2.740 281.376 5.560 256.120 842.487 252.094 1.640.377
3.600 333.000 33.420 267.112 1.095.068 265.102 1.997.302
60.122.525 2,4%
60.397.378 2,7%
59.989.152 3,3%
Productie groene warmte TJ
2006
2007
2008
Door WKK- installaties Door installaties die enkel warmte produceren Totaal groene warmte productie Totale warmteproductie % groene warmte/totale warmte
2.153
3.074
3.252
6.446 8.598 466.569 1,7%
6.704 9.777 486.359 2,1%
6.960 10.213
2006
2007
2008
0 176.462
1.996 179.030
2.179 180.630
0,0%
1,1%
1,2%
Waterkracht Windenergie Zon (PV) Afvalverbranding Biomassa Biogas Totaal netto groene stroomproductie Bruto binnenlands elektriciteitsverbruik (= BBE) % netto groenestroom/BBE
Verbruik biobrandstoffen TJ Biobrandstoffen voor transport Totaal verbruik wegtransport % biobrandstoffen/energie-verbruik wegtransport
2,1%
In tabel 3.3 wordt de evolutie van het ge¨ınstalleerd vermogen voor groene stroomproductie per techniek weergegeven. Het ge¨ınstalleerd vermogen dat de VREG rapporteert is gebaseerd op het aanvraagdossier voor groenestroomcertificaten.
3.2.2
Groene warmte
De nieuwe Europese richtlijn 2009/28/EG ter bevordering van het gebruik van energie uit hernieuwbare bronnen (cf. subsectie 3.2.1) formuleert geen rechtstreekse doelstelling voor groene warmte. De lidstaten mogen zelf bepalen hoe ze de algemene doelstelling behalen (groene stroom / groene warmte / biobrandstoffen) mits de minimumvoorwaarde voor transport gerespecteerd wordt.
HOOFDSTUK 3. DE BELGISCHE ENERGIEMARKT
13
Tabel 3.3: Evolutie van het ge¨ınstalleerd vermogen voor groene stroomproductie (VREG, 2009) Netto ge¨ınstalleerd elektrisch vermogen (kWe) Waterkracht Windenergie Zon (PV) (kWp) Afvalverbranding Biomassa Biogas Totaal Aandeel biogas
3.2.3
2005
2006
2007
2008
643 149.742 1.655 39.340 274.013 55.636 521.029 10,6%
991 170.745 3.686 75.340 277.700 61.107 589.569 10,4%
996 197.945 21.938 75.340 370.063 71.999 738.281 9,7%
1.000 221.959 81.874 78.440 374.981 84.356 842.610 10,0%
Biobrandstoffen
De Richtlijn 2003/30/EG stelt een nationaal indicatief streefcijfer op voor het minimaal aandeel aan biobrandstoffen dat op de nationale markt moet aangeboden worden. Deze referentiewaarde bedraagt 2% in 2005 en 5,75% in 2010 berekend op basis van de energie-inhoud van de totale hoeveelheid benzine en dieselolie die op 31 december van het respectievelijke jaar 2005 en 2010 voor vervoersdoeleinden op de nationale markt aangeboden wordt. De nieuwe Europese richtlijn 2009/28/EG ter bevordering van het gebruik van energie uit hernieuwbare bronnen legt voor de verschillende lidstaten bindende doelstellingen vast voor het aandeel hernieuwbare energiebronnen in het energieverbruik, maar zoals voor groene warmte zijn geen rechtstreekse doelstelling geformuleerd. De lidstaten mogen zelf bepalen hoe ze de algemene doelstelling behalen mits de voorwaarde dat minimum 10% van transport uit hernieuwbare energie moet komen. In juni 2009 heeft de Belgische Federale Overheid een wetsontwerp inzake biobrandstoffen goedgekeurd. Het houdt een verplichting in om 4% duurzame biobrandstoffen in de benzine- en dieselproducten te vermengen.
Deel II
Biogas in Vlaanderen
14
Hoofdstuk 4
Biogas 4.1
Wat is anaerobe vergisting?
Anaerobe vergisting is het biologische proces waarbij organisch materiaal in afwezigheid van zuurstof door micro-organismen wordt afgebroken. Het vergistingsproces vindt plaats in een verwarmde reactor die afgesloten is van de lucht om een ana¨eroob milieu te cre¨eren. De vergistingstank wordt opgewarmd en het materiaal wordt gemengd om de condities te optimaliseren voor de omzetting van organisch materiaal in biogas. Het resulterende biogas is een gas dat bestaat uit een mengsel van methaan (70%), koolstofdioxide (30%) en een kleine hoeveelheid andere gassen, met een verbrandingswaarde van 25 MJ/m3 . Het vast-vloeibare residu dat achterblijft is het digestaat dat veel plantennutri¨enten bevat waardoor het aangewend kan worden als bemesting of bodemverbeteraar. Het vergistingsproces kan spontaan optreden (zoals stortgas op stortplaatsen) of onder gecontroleerde omstandigheden (zoals biogas in vergistingsreactoren). Men kan bijna alle biomassa, met uitzondering van hout, vergisten. Om biogas te kunnen toepassen als transportbrandstof in een (aard)gasmotor moet men het biogas eerst opwerken tot een methaangehalte van 98% (Weiland, 2006). Microbi¨ele omzetting van energiegewassen en organische afvalstromen tot biogas is ´e´en van de meest aantrekkelijke technologie¨en voor energieproductie, grondstofrecuperatie en afvalbehandeling. Het cre¨eert uitgestrekte mogelijkheden voor een positieve impact op het milieu aangezien de emissie van broeikasgassen wordt gereduceerd, het beheer van mest en organische afvalstoffen wordt verbeterd en minerale meststoffen worden vervangen. Biogas wordt vandaag hoofdzakelijk gebruikt voor elektriciteits- en warmteproductie, maar kan ook toegepast worden als brandstof voor voertuigen of voor de productie van waterstof die nodig is in brandstofcellen. Biogasproductie in de landbouwsector is een sterk groeiende markt in veel Europese landen (Weiland, 2006). Anaerobe afbraak van organische afvalstromen en bijproducten van de landbouw en de voedselindustrie is een proces dat reeds vele jaren gekend is en wijdverspreid gebruikt wordt voor afvalstabilisatie, beheersing van broeikasgasemissies, verbetering van de mestkwaliteit en biogasproductie. Gedurende de laatste jaren neemt de interesse van de overheid van verschillende Europese landen
15
HOOFDSTUK 4. BIOGAS
16
- voornamelijk Duitsland, Denemarken, Oostenrijk en Zweden - in biogasproductie toe aangezien biogas een milieuvriendelijke energiebron is met een groot potentieel tot het reduceren van broeikasgasemissies (Weiland, 2006). Ook in Belgi¨e neemt de interesse in biogas toe. Anaerobe afbraak is een technologie die een aantal voordelen biedt. Het probleem van afvalverwerking wordt omgezet in een bron van opbrengsten, het laat toe om landbouwgewassen om te zetten in een hoogwaarde brandstof en het kan minerale meststof vervangen door nutri¨entenrecuperatie. Op deze manier is anaerobe afbraak een sleutelmethode geworden in zowel afvalbehandeling als de productie van hernieuwbare energie (Weiland, 2006).
4.1.1
Het vergistingsproces
Het anaerobe vergistingsproces kan beschouwd worden als een serie vrij gecompliceerde metabolische processen die onderscheiden kunnen worden in vier grote processtappen (figuur 4.1).
Figuur 4.1: Anaerobe vergisting schematisch voorgesteld (Biogas-E vzw)
De eerste stap in het vergistingsproces is de hydrolyse, waarbij organisch materiaal wordt afgebroken in wateroplosbare componenten. Dit proces wordt voornamelijk gestuurd door extracellullaire bacteri¨ele enzymen. De tweede stap is de fermentatie (acidogenese). In deze stap worden de wateroplosbare componenten verder afgebroken tot intermediaire producten (kortketen vetzuren en alcoholen). Acetogenese is de derde processtap. Hier worden de intermediaire producten verder omgezet naar azijnzuur, H2 en CO2 . In de laatste stap vindt methanogenese plaats of de finale productie van CH4 en CO2 . Anaerobe vergisting resulteert in de afbraak van grote hoeveelheden organisch materiaal, met slechts een beperkte reproductie van bacteri¨ele cellen en met zeer energierijke restproducten (alcoholen, methaan, organische zuren, . . . ) (Naeyaert, 2007).
HOOFDSTUK 4. BIOGAS
4.1.2
17
Grondstoffen voor vergisting
Biogas kan van bijna alle biologische materialen geproduceerd worden als deze niet gelignificeerd zijn (dus geen stro, hout, riet,. . . ). Dit betekent dat zowel energiegewassen als plantaardige en dierlijke afvalstromen kunnen vergist worden, zolang deze gemakkelijk afbreekbaar zijn. Drie biomassastromen worden samengebracht in een biogasinstallatie, namelijk mest, energiegewassen en bijproducten van de agro- en bioindustrie. Deze grondstoffen worden in meer detail besproken in de potentieelstudie (hoofdstuk 11) en de gevalstudie (hoofdstuk 7)
4.2 4.2.1
Toepassingsmogelijkheden voor biogas Doelstellingen anaerobe vergisting
´ en van de algemene trends in dierlijke productieactiviteiten die zich in Europa en andere ontE´ wikkelde landen voordoet, is het intensifi¨eren van de dierlijke productie en het toenemen van de hoeveelheid vee. Dit gaat gepaard met de productie van aanzienlijke hoeveelheden mest die een potenti¨ele bedreiging is voor het welzijn van het milieu. Algemeen heeft een biogasproject in Vlaanderen als doelstelling om mest te verwerking in combinatie met landbouwgerelateerde en organisch-biologische nevenstromen en energiegewassen. De productie van biogas leidt tot de productie van groene stroom, reductie van broeikasgassen en de stimulatie van de energiewinning. Daarnaast ontstaat uit het digestaat een gestabiliseerde organische meststof die gepasteuriseerd is en loosbaar en/of herbruikbaar water dat kan aangewend worden als proceswater of drinkwater voor dieren. Deze toepassingen worden verder toegelicht in de maatschappelijke en economische voordelen van het gebruik van biogas in paragraaf 10.1. Anaerobe vergisting is een veelzijdige technologie die over het potentieel beschikt om een aantal nationale en Europese milieu-, landbouwkundige en energiebeleidsdoelstellingen in te vullen (Holm-Nielsen et al., 2009). Een overzicht van de waarde van biogas afkomstig van anaerobe vergisting met betrekking tot de wetgeving wordt gegeven in tabel 4.1.
4.2.2
Omzetting van biogas naar duurzame nuttige energie
Biogas is een universele energiebron die kan gebruikt worden voor verschillende toepassingen wanneer de gaskwaliteit aangepast is aan de specifieke vereisten voor de toegepaste techniek. Momenteel wordt biogas door middel van een warmtekrachtkoppeling omgezet in warmte en elektriciteit na ontzwaveling en ontwatering. De elektriciteit wordt aan het openbaar net gevoed en de thermale energie wordt gebruikt voor de verwarming van de biomassa in het vergistingsproces. De effici¨entie van elektriciteitsgeneratie ligt tussen 35 en 50%. Voor het gebruik van biogas als een voertuigbrandstof en het toevoegen aan het publieke gasnet of het gebruik in brandstofcellen dienen veel hogere kwaliteitseisen voldaan te zijn. Hoofdzakelijk dienen CO2 , H2 , S, NH3 , water en vaste partikels verwijderd te worden. Het gebruik van biogas als voertuigbrandstof en toevoeging in het publieke gasnet wordt reeds toegepast in Zweden, Zwitserland en Duitsland.
HOOFDSTUK 4. BIOGAS
18
Tabel 4.1: De veelzijdige legislatieve waarde van biogas afkomstig van anaerobe vergisting in Europa (Holm-Nielsen et al., 2009)
Behoefte
Wetgeving
Milieu
Klimaatsveranderingen - Reduceren van de energieconsumptie - Stopzetten van emissies afkomstig van: ◦ Transportsector ◦ Elektriciteitsproductie en -distributie ◦ Dierlijke productie - Toename hernieuwbare energieproductie met 10% in 2010 Waterkwaliteit - Reduceren risico diffuse N-verontreiniging (Nitraatrichtlijn 91/676/EEC)
Landbouw
Nutri¨entenbeheer - Beperken van ammoniakemissies - Vereenvoudigd beheer van P2 05 - Reduceren van gebruik van minerale meststoffen
Gezondheid
Gezondheid en hygi¨ene - Toenemen bioveiligheid door reductie pathogenen (Richtlijn 1774/2002/EC betreffende dierlijke bijproducten) - Behandeling dierlijke producten en keukenafval en gebruik voor energie- en bemestingsdoeleinden - Reduceren van bronnen van vliegen en knaagdieren - Reduceren van geur afkomstig van mest
Afvalvermindering,
Afvalbeheer - Recuperatie en recyclage - Reduceren van hoeveelheid afval gebracht op stort (Richtlijn 1999/31/EG betreffende het storten van afvalstoffen) - Toenemen van recyclage en recuperatie (Richtlijn 94/62/EG inzake verpakking en verpakkingsafval)
Er zijn bijgevolg verscheidene gebruiksdoeleinden voor biogas: • Productie van warmte en/of stoom (meest laagwaardige gebruik) • Elektriciteitsproductie met warmtekrachtkoppeling • Industri¨ele energiebron voor warmte, stoom en/of elektriciteit en koeling • Opwaarderen en gebruiken als brandstof voor wagens (Persson et al., 2006) • Productie van chemicali¨en en/of prote¨ınen (Born, 2005)
HOOFDSTUK 4. BIOGAS
19
• Opwaarderen en injecteren in het aardgasnet (Kristensson et al., 2007) • Brandstof voor brandstofcellen Een opmerkelijk voorbeeld voor het opwaarderen van biogas en gebruik als brandstof in wagens is Zweden. De markt voor het gebruik van biogas heeft het afgelopen decennium een sterke groei gekend. In 2006 reden 15.000 wagens op opgewaardeerd biogas. De voorspellingen zijn dat tegen 2012 in Zweden 70.000 wagens op biogas, geleverd door 500 tankstations, zullen rijden (Persson et al., 2006). Een effici¨ente manier om biogas te integreren in de energiesector is het opwaarderen van biogas tot de kwaliteit van aardgas en dit in het aardgasnet te injecteren. Aangezien biogas niet altijd kan gebruikt worden nabij de productiefaciliteiten, i.e. de landbouwgebieden, biedt dit de mogelijkheid om het bestaande aardgasnet uit te breiden en de intensief energieverbruikende streken te voorzien van biogas. Hoewel biogas aldus kan worden toegepast als brandstof voor voertuigen en de productie van H2 die nodig is voor brandstofcellen, wordt biogas in Vlaanderen hoofdzakelijk gebruikt voor elektriciteit- en warmteproductie. Voor kleine hoeveelheden is dit de meest praktische omzetting. In dit geval wordt biogas verbrand in een motor die gekoppeld is aan een generator. Deze generator produceert op zijn beurt groene elektriciteit. Het overblijfsel na de vergisting (digestaat) wordt gescheiden in een vast en een vloeibaar residu. Het vaste residu wordt gedroogd met de warmte van de motor. Het gedroogde residu dat zo wordt verkregen, is een exporteerbare meststof. Het vloeibare residu wordt gefilterd tot zuiver hergebruikbaar water wat bovendien voldoet aan de strenge lozingsnormen van de VLAREM.
Deel III
Investeringsanalyse
20
Hoofdstuk 5
Verhandelbare groenestroomcertificaten in Vlaanderen Sinds 1 januari 2002 geldt in het Vlaams Gewest een systeem van groenestroomcertificaten. Hiermee wil Vlaanderen de productie van elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen bevorderen. Dit systeem bestaat uit twee delen. Enerzijds kunnen producenten van elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen groenestroomcertificaten krijgen. Anderzijds is er een certificatenverplichting of quotumverplichting voor elektriciteitslev eranciers: zij moeten een bepaald aantal groenestroomcertificaten inleveren (VREG 2010).
5.1
Actoren verantwoordelijke voor het energiebeleid in Belgi¨ e
De situatie in Belgi¨e is vrij gecompliceerd omwille van de institutionele complexiteit van het land. ’Energie’ valt in Belgi¨e onder de verantwoordelijkheid van zowel de federale overheid (zoals elektriciteitstransmissie) als de regionale overheden (zoals lokale transmissie en distributie van elektriciteit (< 70 kV)) voor bepaalde aangelegenheden.
5.2
Doel van groenestroomcertificaten
Het hoofddoel van het wettelijk afdwingbare quota gebaseerde systeem is om de inbreng van een vooraf gedefinieerde hoeveelheid elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen in de elektriciteitsmarkt te stimuleren.
21
HOOFDSTUK 5. VERHANDELBARE GROENESTROOMCERTIFICATEN IN VLAANDEREN22 Het voornaamste kenmerk van verhandelbare groenestroomcertificaten (GSC) is het cre¨eren van een gescheiden markt voor de ’groenheid’ van de elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen, naast de fysieke markt voor elektriciteit. Elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen wordt behandeld zoals elke andere vorm van elektriciteit in de fysieke elektriciteitsmarkt. De certificaten worden afzonderlijk verhandeld als financi¨ele activa. De markt van de groenestroomcertificaten zal functioneren als een financi¨ele. Hierbij dient wel opgemerkt te worden dat er een ´e´en-op-´e´en link is tussen het aantal groenestroomcertificaten en het aantal kWh geproduceerd door hernieuwbare technologie¨en (Verbruggen, 2004).
5.3
Algemene beschrijving van het GSC-systeem in Vlaanderen
Producenten van hernieuwbare elektriciteit zijn gecertificeerd voor het produceren van deze elektriciteit. Voor de productie van elke eenheid hernieuwbare elektriciteit ontvangen zij een verhandelbaar groenestroomcertificaat (GSC) van de regionale overheden. Aangezien dit certificaat uniek is, is dit het enige offici¨ele bewijs en garantie dat een eenheid hernieuwbare elektriciteit geproduceerd werd. In Vlaanderen geven de regionale overheden een GSC voor 1000 kWh uit voor elke 1000 kWh hernieuwbare elektriciteit die door de hernieuwbare elektriciteitsproducenten werd gegenereerd in de eigen regio. Elke producent van hernieuwbare elektriciteit produceert dus twee afzonderlijke handelswaren: • Fysieke elektriciteit die aan het net ge¨ınjecteerd en verkocht wordt aan marktprijzen op de fysieke elektriciteitsmarkt. • Verhandelbare groenestroomcertificaten waarbij elk groenestroomcertificaat een toegevoegde waarde vertegenwoordigt voor een vooraf gedefinieerde hoeveelheid elektriciteit geproduceerd uit hernieuwbare energiebronnen. De vraag naar groenestroomcertificaten wordt opgelegd door de regionale overheid aan de elektriciteitsleveranciers die certificaatplichtig zijn. In Vlaanderen is iedere elektriciteitsleverancier verplicht om een bepaalde hoeveelheid elektriciteit te leveren die uit hernieuwbare energiebronnen wordt opgewekt. Die hoeveelheid komt overeen met een bepaald percentage van de elektriciteit die hij in totaal levert aan zijn klanten. In 2002, het jaar waarin het systeem van kracht werd, bedroeg dat minimumaandeel, ook wel quotum genoemd, 0,8% van zijn leveringen. Dit zal toenemen tot 6% voor zijn leveringen in 2010 (VREG, 2010). De certificaatplichtige is verplicht een aantal groenestroomcertificaten voor te leggen aan de VREG in het kader van zijn certificatenverplichting. Om aan deze verplichting te voldoen dient elke elektriciteitsleverancier ofwel zelf elektriciteit te produceren uit hernieuwbare bronnen ofwel een specifiek aantal GSC’s te kopen bij producenten van groene elektriciteit overeenstemmend met het opgelegde percentage (quota) van hun totale elektriciteitstoevoer aan de eindgebruikers gedurende ´e´en kalenderjaar. Aan het einde van elk jaar wordt een volume aan groenestroomcertificaten dat overeenstemt met de quota weggehaald van de markt door de regionale overheden. Hierbij overhandigen de elektriciteitsleveranciers een zekere
HOOFDSTUK 5. VERHANDELBARE GROENESTROOMCERTIFICATEN IN VLAANDEREN23 hoeveelheid certificaten aan de regionale regulerende overheden. De producent van groene stroom heeft dus twee mogelijkheden, ofwel verkoopt hij de groenestroomcertificaten aan de wettelijk vastgelegde minimumeprijs aan de distributie- of transmissienetbeheerder, ofwel verkopen zij de groenestroomcertificaten op de vrije markt aan traders of leveranciers aan een te onderhandelen prijs. Ook de netbeheerders kunnen de gekochte certificaten op de vrije markt opnieuw verkopen. De elektriciteitsleveranciers worden gestimuleerd om certificaten te kopen van de producenten, aangezien boetes worden opgelegd indien zij niet aan hun verplichtingen voldoen. Als een leverancier het juiste aantal groenestroomcertificaten indient, voldoet hij aan zijn certificatenverplichting. Als hij te weinig certificaten inlevert, zal hij per ontbrekend certificaat een administratieve boete van 125 euro moeten betalen. De administratieve boetes worden gestort in het Energiefonds. Dit fonds wordt onder meer gebruikt voor het beleid inzake het rationeel energiegebruik, warmtekrachtkoppeling, de hernieuwbare energiebronnen en de flexibele mechanismen van het protocol van Kyoto (Verbruggen, 2004). Om voor de investeerders in hernieuwbare energieprojecten een zeker investeringsklimaat te cre¨eren, worden minimumprijzen vastgelegd per certificaat en per MWh. Deze wordt bepaald in functie van de gebruikte productietechnologie. Tabel 5.1: Minimumprijs per certificaat en per megawattuur (MWh) Technologie Zonne-energie Waterkracht, getijden- en golfslagenergie, aardwarmte On-shore windenergie Organisch-biologische stoffen, al dan niet met coverbranding Vergisting van organisch-biologische stoffen in stortplaatsen Organisch-biologisch deel van afvalstoffen
Minimumprijs per certificaat (d/MWh) 450 95 80 80 80 80
Hoofdstuk 6
Investeringsanalyse 6.1
Investeringsbeslissing: theoretisch achtergrond
In het huidige perspectief van de liberalisatie van de energiesector en het stimuleren van ondernemerschap, wil de overheid niet zelf investeren in elektriciteit uit hernieuwbare energiebronnen. De overheid verwacht van private investeerders om hun fondsen toe te wijzen aan projecten inzake hernieuwbare enegie. In deze context is het goed om te analyseren hoe private investeerders hun investeringsbeslissingen maken. Volgens de netto-contantewaardemethode zal een investeerder een project aanvaarden indien de Netto Contante Waarde (NCW) positief is, of:
N CW (i, n) ≥ 0
(6.1)
waarbij i het vereist minimumrendement is en n de tijdsperiode waarover het project geanalyseerd wordt (Verbruggen, 2004). Dit betekent dat een project wordt aanvaard (verworpen) indien de constante waarde van de kasontvangsten groter (kleiner) is dan de contante waarde van de kasuitgaven. Indien de NCW positief is, dan betekent dit dat de toekomstige kasstromen meer waard zijn dan de initi¨ele investeringsuitgave, rekening houdend met een vooraf bepaald vereist rendement op de investering. De NCW van een project geeft weer hoeveel waarde het project cre¨eert voor de aandeelhouders, bovenop het vereiste minimumrendement (Deloof et al., 2008). Dit betekent: n X inkomsten(j) j=0
(1 + i)j
−
n X uitgaven(j) j=0
24
(1 + i)j
≥0
(6.2)
HOOFDSTUK 6. INVESTERINGSANALYSE
6.2
25
Inherente karakteristieken van hernieuwbare elektriciteit
Energietechnologie¨en op basis van hernieuwbare energiebronnen voldoen in grote mate aan de drie criteria van duurzame energie (Milieurapport Vlaanderen 2007): • Geen schadelijke milieu-effecten (’schone’ technologie¨en). Ze verbranden geen fossiele brandstoffen zodat ze geen of veel minder vervuilende stoffen uitstoten zoals CO2 , NOx, SO2 , N2 O, CH4 en CO. Daarnaast produceren ze weinig of geen afval en zeker geen radio-actief afval; • Geen uitputting van (energie)grondstoffen. Ze zorgen niet voor een uitputting van de eindige voorraden fossiele brandstoffen en uranium- en thoriumisotopen op aarde; • Bijdrage aan de socio-economische ontwikkeling. Ze verminderen de buitenlandse afhankelijkheid qua energiebevoorrading. Hun decentrale, modulaire aard laat een graduele en flexibele opbouw van vermogen toe. Hun kleinschaligheid vergemakkelijkt de combinatie met andere menselijke activiteiten en de integratie in de gebouwde omgeving. Ze cre¨eren arbeidsplaatsen op de lokale markt, en ze bieden de industrie kansen voor innovatie en export.
6.3
Aanpassingen aan model Verbruggen (2004) voor biogas
In het model van Verbruggen (2004) wordt de kost van het project gedomineerd door de kapitaalkost van de investering, aangezien de werking gebaseerd is op vrije energietoevoer. In dat model worden de exploitatiekosten bijgevolg genegeerd. Dit is echter niet het geval voor biomassaprojecten waarbij de exploitatiekosten een significante deel van de kosten uitmaken. Het model van Verbruggen (2004) zal voor deze kosten aangepast worden. De ge¨ınstalleerde capaciteit verwijst naar de specifieke capaciteit om vrije energiestromen op te vangen wanneer zij beschikbaar zijn binnen de ontwerpcondities en deze stromen om te zetten in elektriciteit. In biogasinstallaties dient een constante toevoer van organisch materiaal voorzien te worden om de micro-organismen die instaan voor de vergisting te onderhouden. De biogasopbrengst is echter afhankelijk van het type organisch materiaal dat ingebracht wordt. Bijgevolg varieert de elektriciteitsopbrengst in functie van het ingebrachte materiaal. Om redenen van vereenvoudiging wordt in de gevalstudie uitgegaan van een constante elektriciteitsgeneratie. In het geval van biomassa kan niet altijd van vrije energietoevoer gesproken worden. Vrije energietoevoer dient werkelijk ’vrij’ te zijn, waarbij de investeerder geen onderscheidende impact heeft om de toevoer te sturen (zoals wind en zon). Biomassa kan enkel als vrije bron worden aangeboden wanneer deze anders verspild zou worden (bv. als afval). In de praktijk wordt de toevoer van biomassa zeer sterk gestuurd, zowel in functie van wat beschikbaar is als in wat nodig is om een optimale biogasopbrengst te behalen om de WKK op volle capaciteit te laten draaien.
HOOFDSTUK 6. INVESTERINGSANALYSE
26
De prijs die de producent van hernieuwbare elektriciteit kan verkrijgen door deze te injecteren in het elektriciteitsnet, wordt bepaald door de markt. In een competitieve markt zal op elke moment de waarde van de geleverde kWh gelijk zijn aan de korte-termijn marginale kosten. In het geval van biogasinstallatie wordt met de elektriciteitsleverancier een afgesproken prijs vooropgesteld voor een afgesproken hoeveelheid te produceren elektriciteit. De prijs die de elektriciteitsproducent ontvangt fluctueert op korte termijn bijgevolg niet onder in vloed van de competitieve markt.
6.4
Winstgevendheid van hernieuwbare elektriciteit onder vrije marktcondities
Wanneer de leverancier van hernieuwbare elektriciteit kan deelnemen in de bestaande energiemarkt, kan hij alle gegenereerde energie verkopen aan pe (t),t = 1,. . . , 8760 (prijs per uur). Om de marktopbrengsten in te schatten van een project, dient de investeerder in hernieuwbare elektriciteit de convolutie van de probabiliteitdensiteitsfunctie te bepalen van pe (t) en de probabiliteitdensiteitsfunctie van gr (t), waarbij gr (t) de fysieke output van het project op elke uur t voorstelt met t = 1,. . . , 8760. In principe dient de convolutie voor alle toekomstige jaren van de n-jarige levensduur van het project geanalyseerd te worden. RR Verbruggen (2004) geeft pe (t).gr (t) op vereenvoudigde wijze weer door p ˆe (j)Gr (j), waarbij p ˆe (j) de verwachte (gewogen) gemiddelde prijs van de geleverde hernieuwbare elektriciteit in jaar j voorsteld en Gr (j) de totale hoeveelheid gegeneerde hernieuwbare elektriciteit in jaar j. Met deze assumptie en met OU(j) = de operationele uitgaven van het project gedurende jaar j, zal de investeerder de investering aanvaarden wanneer:
N CW =
n X pˆe (j)Gr (j) − OU (j) j=0
(1 + i)j
− investering(jaar0) ≥ 0
(6.3)
Wanneer men deze methode aanwendt om projecten in hernieuwbare energie te evalueren, zal de evaluatie in veel gevallen leiden tot het besluit dat beter niet ge¨ınvesteerd wordt in groene stroomproductie. Onder de operationele kosten voor een biogasinstallatie vallen de exploitatiekosten, de kosten voor de inputstromen en de kosten voor de afzet van het digestaat. Deze worden in meer detail toegelicht in de gevalstudie.
6.5
Winstgevendheid van hernieuwbare energieprojecten aangepast in functie van het openbaar beleid
Het openbaar beleid promoot investeringen in groene stroom door private besluitvorming door wijziging van formule 6.3.
HOOFDSTUK 6. INVESTERINGSANALYSE
N CW =
n X [ˆ pe (j) + S(j)]Gr (j) − OU (j) + pˆgsc (j)Gr (j) + pˆwkc (j)Gth (j)
(1 + i)j
j=0
27
− (Inv − SubInv) ≥ 0 (6.4)
waarbij p ˆgsc (j) de verwachte prijs is per kWh geproduceerde groene elektriciteit afkomstig van de groenestroomcertificaten en S(j) de subsidie per kWh hernieuwbare elektriciteit gegenereerd. SubInv is een directe investeringssubsidie op het moment dat de investering gemaakt wordt. Deze drie instrumenten kunnen simultaan toegepast worden om op die manier een rendabele investering te bekomen. Aangezien voor de productie van elektriciteit uit biogas een prijs wordt vastgelegd met de elektriciteitsleverancier, zal de term S(j) voor de rest van de analyse buiten beschouwing gelaten worden. Daarnaast wordt bij de productie van elektriciteit via een warmtekrachtkoppeling ook warmte geproduceerd die nuttig kan aangewend worden. Gth (j) stelt de totale hoeveelheid gegenereerde nuttige warmte voor in jaar j en p ˆwkc (j) stelt de verwachte prijs voor een warmtekrachtcertificaat voor. Warmtekrachtcertificaten worden toegekend voor elke 1.000 kWh warmtekrachtbesparing. In de gevalstudie worden deze verschillende instrumenten in meer detail toegelicht. We focussen ons nu op het systeem van groenestroomcertificaten waarbij NCW = 0 en AW[. . . ] de actuele waarde van de kasstromen tussen haakjes voorstelt.
AW [ˆ pgsc (j)Gr (j)] = N ettoInvestering − AW [ˆ pe (j)Gr (j) − OU (j) + pˆwkc (j)Gth (j)]
(6.5)
Op deze manier kan de minimale prijs berekend worden waaraan de groenestroomcertificaten moeten worden verkocht om voor een energie-project een break-even te bereiken.
pˆgsc =
N ettoInvestering AW [V erkoop] − AW [OperationeleU itgaven] + AW [W KC] − (6.6) AW [Opwekking] AW [Opwekking]
pˆgsc =
Kapitaalkost N ettoOpbrengst − kW h kW h
(6.7)
Elk individueel hernieuwbaar energieproject slaagt in de winstgevendheidstest als NCW = 0 wanneer de prijs voor een certificaat de kloof overbrugt tussen de (gedeeltelijk gesubsidieerde) kapitaalkost en de netto opbrengst per kWh.
Hoofdstuk 7
Gevalstudie 7.1
Doelstelling inplanting vergistingsinstallatie in agrarisch gebied
Onderstaande gevalstudie is een toepassing van de afgeleide investeringanalyse uit hoofdstuk 6 op een Vlaamse vergistingsinstallatie ingeplant in agrarisch gebied. Onderstaande paragrafen vormen het maatschappelijk en wettelijk kader voor deze vergistingsinstallaties. Mestverwerking zal een belangrijke piste blijven om het mestoverschot in Vlaanderen te elimineren. Vlaanderen is in het kader van de nitraatrichtlijn volledig een kwetsbare zone. Daarnaast is mestverwerking niet alleen belangrijk voor de aanpak van het mestoverschot, maar het draagt ook bij tot een oplossing van het ammoniakprobleem in het kader van de Europese NEC-richtlijn (Omzendbrief RO/2006/01). Ondanks de inspanningen die de sector en de overheid de afgelopen jaren reeds heeft geleverd om via afbouw van de veestapel, mestbewerking en -verwerking, export evenals voedertechnische maatregelen tot een duurzaam resultaat te komen, zijn bijkomend inspanningen noodzakelijk. De energetische valorisatie van biomassa door vergisting heeft nog een groot potentieel en draagt bij tot de realisatie van de Vlaamse doelstelling op het gebied van hernieuwbare elektriciteitsproductie. In 2010 moet 6% van het elektriciteitsverbruik afkomstig zijn van hernieuwbare energiebronnen (onder andere zon, wind, water, biogas, biomassa). Vergisting van biomassa (al dan niet met mest) kan een belangrijke bijdrage leveren aan de invulling van dit potentieel (Omzendbrief RO/2006/01). Het vinden van geschikte inplantingsplaatsen voor dergelijke installaties voor mestbehandeling en vergisting in Vlaanderen is daarom zeer belangrijk (Omzendbrief RO/2006/01). De omzendbrief RO/2006/01 benadrukt dat mestbehandeling en vergisting aanzien kunnen worden als agrarische activiteit in ruime zin. Mestbehandeling is een noodzakelijke schakel in het agrarisch gebeuren en zal dit ongetwijfeld blijven. Vergisting op boerderijschaal is een nieuwe ondersteunende activiteit bij het normale bedrijfsgebeuren. In dit opzicht is een absoluut totaal maximum tonnage van 60.000 ton inputmateriaal vanuit het oogpunt van een goede ruimtelijke 28
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
29
ordening aanvaardbaar. Verdere uitbreiding van de capaciteit boven dit absoluut maximum in agrarisch gebied in niet mogelijk (Omzendbrief RO/2006/01). Volgens de omzendbrief RO/2000/02 konden organische biologische afvalstoffen slechts behandeld worden wanneer ze noodzakelijk zijn als toeslagstoffen voor het mestbewerkings- of - verwerkingsproc´ed´e. Uit technische (optimalisatie van het proces) en economische (meer zekerheid over de aanvoer) overwegingen is het nu mogelijk om in agrarisch gebied een bepaalde hoeveelheid organisch biologische afvalstoffen te gaan co-verwerking. Ook met betrekking tot export biedt coverwerking meer mogelijkheden om zo de samenstelling van het eindproduct en de bodemverbeterende eigenschappen te optimaliseren. Frankrijk is momenteel het hoofdafzetgebied (Omzendbrief RO/2006/01).
7.2 7.2.1
Input Wetgeving
Voor vergistingsinstallaties in agrarisch gebied dient een verhouding op gewichtsbasis van 60% stromen direct afkomstig van land- en tuinbouw (zoals dierlijke mest en land- en tuinbouwproducten van plantaardige oorsprong) ten opzichte van 40% stromen niet afkomstig van de landen tuinbouw (zoals secundaire grondstoffen voor gebruik in of als meststof of bodemverbeterend middel1 gerespecteerd te worden. Deze stromen worden gedefinieerd in Omzendbrief RO/2006/01 en hier wordt dan ook niet dieper op ingegaan. Resten uit de landbouwsector en energieteelten mogen zonder verdere regelgeving als co-substraat gebruikt worden en het eindproduct mag op het land gebracht worden. Indien er een co-substraat wordt gebruikt dat in de categorie als bioafval valt, dient aan speciale wetgeving (BioAbfalle Verordnung, BioAbfV) voldaan te worden. De BioAbfV bevat een lijst met stoffen die geschikt zijn voor gebruik in de landbouw. Deze lijst omvat onder andere residuen van graanverwerking, groente- en fruitafval van markten, resten van de voedselverwerkende industrie (Omzendbrief RO/2006/01, Bijlage 1). Er zijn geen grenzen gesteld wat betreft de mengverhouding van mest en organische afvalstromen. De normen voor mestverwerking worden opgelegd door de mestverwerkingsplicht volgens het mestdecreet.
7.2.2
Inputstromen in gevalstudie
De biogasinstallatie die als gevalstudie wordt opgenomen in deze masterproef is gelegen in agrarisch gebied waarbij een verwerkingspercentage voor mest van 20% wordt opgelegd. 1 In
principe kunnen secundaire grondstoffen voor gebruik in of als meststof of bodemverbeterend middel zonder verdere behandeling afgezet worden in de land- en tuinbouwsector. Echter in sommige gevallen kan het aangewezen zijn de secundaire grondstoffen om technische (optimalisatie proces) en economische (energiewinning, valorisatie eindproduct) redenen verder te behandelen. (Omzendbrief RO/2006/01)
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
30
De totale input bedraagt 27.000 ton organisch materiaal per jaar. Dit komt neer op een gemiddelde van 74 ton per dag, waarbij de verhouding landbouwgerelateerde producten tot organische en biologische afvalstoffen 60/40 bedraagt. Afhankelijk van de inputstroom brengt dit een inkomst of uitgave met zich mee. In onderstaande paragrafen wordt een inschatting van deze inkomsten en uitgaven gemaakt.
Mest Er dient 20% mest verwerkt te worden. Kippenmest heeft een groot potentieel met een biogasopbrengst van 275 Nm3 /ton ten opzichte van traditionele mest (varkensmest) met een biogasopbrengst van 30 Nm3 /ton. In de gevalstudie wordt de verwerking van varkensmest afkomstig van de eigen activiteiten aangevuld met kippenmest. De verhouding kippenmest/varkensmest bedraagt 50/50. De verwerking van de kippenmest brengt een kost met zich mee van 10 d/ton. De verwerking van de eigen varkensmest is kostenloos.
Landbouwgerelateerde producten en energieteelten De overige 40% van de landbouwgerelateerde producten wordt aangevuld met energiema¨ıs, waarbij zowel de stam als de kolf vergist worden. Dit brengt een hoge kost met zich mee van 27 d/ton. De biogasopbrengst bedraagt 180 Nm3 /ton. De kost van het verwerken van energiema¨ıs bedraagt bijgevolg 27.000 ton x 40% x 27 d/ton = d291.600. Energiema¨ıs levert een opbrengst van 60 ton/ha waardoor voor de benodigde hoeveelheid van 10.800 ton een oppervlakte van 180 ha nodig is.
Organisch-biologische afvalproducten (OBA) Tenslotte wordt 40% aan organische en biologische afvalproducten (OBA) verwerkt. De toegelaten producten worden weergegeven in de positieve lijst in Bijlage 1 van Omzendbrief RO/2006/01. In de gevalstudie bedragen deze afvalproducten onder andere zetmeel, percolaatwater en bioslib. Afhankelijk van het afvalproduct brengen zij een kost of een opbrengst met zich mee. Hun input in de vergistingsinstallatie is afhankelijk van de beschikbaarheid. Gemiddeld leiden deze afvalproducten niet tot significante kosten of opbrengsten en worden om die reden ook niet verder meer opgenomen in de berekeningen. De biogasopbrengst is echter wel van significante betekenis en kan tot 30 ` a 40% van de totale opbrengst bedragen. Dit komt neer op ongeveer 115 Nm3 /ton. Wanneer deze 40% niet behaald kan worden met organische en biologische afvalproducten kan deze aangevuld worden met een industrieel bereidde biograanmix. De hoge biogasopbrengst van 375 Nm3 /ton gaat echter gepaard met een hoge kost van 60 d/ton. Het percentage biograanmix bedraagt echter niet meer dan 2% waardoor de bijdrage tot de kostprijs en de biogasopbrengst verwaarloosbaar is en niet verder in de berekeningen opgenomen wordt.
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
31
Overzicht inputstromen In tabel 7.1 wordt voor de drie inputstromen het tonnage, de biogasopbrengst, de totale gasopbrengst en de kosten en opbrengsten weergegeven. Tabel 7.1: Inputstromen
Soort input Energiema¨ıs Kippenmest Varkensmest OBA Totaal/gewogen gemiddelde
Totaal tonnage
Gasopbrengst Nm3 /ton
Totale gasopbrengst Nm3
Kost/opbrengst per ton (d/ton)
Totale kost/ opbrengst (d)
10.800 2.700 2.700 10.800 27.000
180 275 30 115 149
1.944.000 742.500 81.000 1.242.000 4.009.500
-27 -10 -
-291.600 -27.000 -318.600
Uit tabel 7.1 kan afgeleid worden dat de jaarlijkse kost voor het inputmateriaal d318.000 bedraagt. De gewogen gemiddelde biogasopbrengst van deze 27.000 ton inputmateriaal bedraagt 149 Nm3 /ton waardoor een totale biogasopbrengst van 4.009.500 Nm3 bekomen wordt.
7.3
Output
7.3.1
Energetische output
Het biogas wordt na ontwatering en ontzwaveling naar de gasmotor geleid. Het rendement van de gebruikte gasmotor bedraagt 2,29 kWe/Nm3 waarbij de methaaninhoud van het biogas 50 tot 52% bedraagt. Het elektrisch vermogen dat hieruit gegenereerd wordt voor elke inputstroom is weergegeven in tabel 7.2. Tabel 7.2: Elektrische output
Soort input Energiema¨ıs Kippenmest Varkensmest eigen bedrijf OBA Totaal
Totale gasopbrengst Nm3 /jaar
Rendement gasmotor kWe/Nm3 (kWe)
1.944.000 742.500 81.000 1.242.000 4.009.500
2,29
Elektriciteitsproductie (kWhe) 4.458.564 1.702.924 185.774 2.848.527 9.195.788
Per jaar wordt uitgegaan van 8.000 draaiuren. Het biogasverbruik bedraagt bijgevolg 501 Nm3 /uur.
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
32
De maximale elektrische uitput van de gasmotor op basis van de technische fiche bedraagt 1.130 kWe, waarbij het elektrisch rendement 42,9% bedraagt.
Elektrische output Op basis van de bekomen totale elektriciteitsproductie op jaarbasis in de gevalstudie in tabel 7.2, wordt een ge¨ınstalleerd vermogen van 1.149 kWe berekend. Het bekomen rendement ligt hoger dan het technisch haalbare. Het bekomen rendement ligt echter dicht bij het technisch haalbare, wat betekent dat de capaciteit ten volle benut wordt en er soms zelfs overproductie van biogas is. Deze overproductie dient afgefakkeld te worden, wat in de praktijk ook degelijk gebeurt. Van het gegenereerd elektrisch vermogen wordt ongeveer 7 tot 10% in het eigen proces verbruikt. De netto elektrisch opbrengst dat ten slotte verkocht kan worden aan het net, bedraagt 1.057 kWe of 8.460 MWhe op jaarbasis. Hiermee kunnen 2.417 gezinnen van stroom voorzien worden.
Thermische output De thermische output van de gasmotor bedraagt 1.403 kWth op basis van de technische fiche. Het thermisch rendement bedraagt hierbij 43,8%. Het thermische energie die op jaarbasis gegenereerd wordt, bedraagt bijgevolg 11.224 MWhth. Het totale energetisch rendement van de gasmotor bedraagt dankzij het principe van de warmtekrachtkoppeling 86,7%.
Opbrengsten De opbrengsten uit de energetische output komen voort uit de verkoop van elektriciteit aan het net, verkoop van groenestroomcertificaten en de verkoop van warmtekrachtcertificaten. De bekomen prijs voor de verkoop van elektriciteit aan leveranciers bedraagt typisch 90% van de ENDEX. In de gevalstudie is de prijs vastgelegd met de leverancier op 91% van de marktprijs. Deze overeengekomen prijs bedraagt 41,2 d/MWh. Er worden minimumhoeveelheden vastgelegd die geproduceerd moeten worden, indien hieraan niet wordt voldaan kunnen sancties volgen. De energieleverancier waarmee in de gevalstudie wordt samengewerkt, werkt echter op basis van wederzijds vertrouwen. Aangezien wegens een technisch defect niet altijd aan de minimumhoeveelheid kan worden voldaan, volgen dus niet noodzakelijk sancties. De gemiddelde prijs die in de gevalstudie voor een groenestroomcertificaat bekomen wordt is 109 d/MWh. Voor een warmtekrachtcertificaat bedraagt de gemiddelde prijs 45 d/MWh. In tabel 7.3 wordt een overzicht van de energieopbrengsten weergegeven. Op jaarbasis bedragen deze d1.775.772.
7.3.2
Output van digestaat
Er zijn twee mogelijkheden om het digestaat te verwerken. De eerste mogelijkheid, die in de gevalstudie wordt uitgevoerd, is het scheiden van het digestaat in een dikke en een dunne fractie
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
33
Tabel 7.3: Energetische output Energie-opbrengsten Elektriciteit GSC WKC Totaal
d/MWh
MWh
d
41,2 109 45
8.460 8.460 11.224
348.552,00 922.140,00 505.080,00 1.775.772,00
door middel van centrifugatie. De dunne fractie wordt eerst op een biologische manier gezuiverd door nitrificatie/denitrificatie, vervolgens ingedampt en ten slotte op de akker uitgereden. De dikke fractie wordt gedeeltelijk afgevoerd voor compostering en gedeeltelijk op de akker gebracht. De tweede mogelijkheid voor digestaatverwerking is indrogen van het digestaat tot 60 - 80% droge stof en exporteren. Dit gedroogde eindproduct is sterk in trek als meststof en bodemverbeteraar in de wijnteelt in Frankrijk. Bij export (buiten Vlaanderen) van de eindproducten van co-verwerking is strikt genomen het VLAREA niet van toepassing. Aangezien in de gevalstudie geen verwerkingsplichtige mest mee vergist wordt, is men niet verplicht om het digestaat te exporteren en wordt gekozen voor de eerste mogelijkheid. Bij de tweede mogelijkheid dient wel opgemerkt te worden dat er bij het indrogen gevaar bestaat voor stofexplosies. Dergelijke stofexplosies hebben zich intussen reeds in vier biogasinstallaties in Vlaanderen voorgedaan. In onderstaande paragrafen wordt de verwerking van de dikke en dunne fractie van het digestaat behandeld, waarbij de toepasselijke wetgeving wordt toegelicht. Deze wetgeving heeft een grote impact op de afzetmogelijkheden en de kost van de afzet.
Dikke fractie Verwerking De dikke fractie wordt, zoals hoger vermeld, deels gecomposteerd en deels op de akker gebracht. Het doel van composteren, ook wel biothermisch drogen genoemd, is het bekomen van kiemdoding door een verhoging van de temperatuur, de stabilisatie van het organisch materiaal en een vermindering van het volume en het gewicht door vochtverdamping (VCM, 2010). De prijs voor compostering bedraagt 28 d/ton, inclusief transportkosten. Gezien er in de gevalstudie een mesttekort is in de streek, is een interessante mogelijkheid het op het land brengen van de dikke fractie. Dit kost 10 d/ton, inclusief transportkosten. In de gevalstudie wordt de helft van de dikke fractie gecomposteerd en de helft op de akker gebracht. Belangrijk bij het uitrijden op het land is de EG verordening 1774/2002. Deze verordening van het Europees Parlement en de Raad stelt de gezondheidsvoorschriften vast inzake niet voor menselijke consumptie bestemde dierlijke bijproducten. De verordening is van kracht sinds 1 mei 2003. Deze Verordening omvat zowel vereisten voor de mestverwerkingsinstallatie als voor de eindproducten. De installaties moeten onder andere erkend zijn in het kader van deze verordening door de Mestbank en de eindproducten zijn onderworpen aan vereisten zoals een verplichte hygi¨enisatie op minstens 70 ◦ C gedurende minstens 1 uur. De dierlijke bijproducten waarop de verordening van toepassing is, worden onderverdeeld in 3 categorie¨en en dit op basis van mogelijke sanitaire risico’s. Mest is
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
34
conform deze verordening ingedeeld als ’categorie 2 -materiaal’ (VCM, 2010). Indien dit materiaal verwerkt wordt in een vergistingsinstallatie moet het eerst gesteriliseerd worden. Mest, de inhoud van het maagdarmkanaal gescheiden van het maagdarmkanaal, melk en biest vormen hierop echter een uitzondering en mogen echter onverwerkt in een erkende biogasinstallatie verwerkt worden. Voor de gevalstudie geldt bijgevolg dat de installatie niet onderworpen is aan de EG verordening 1774/2002. Verder moet elke meststof-bodemverbeteraar die in Belgi¨e gebruikt wordt opgenomen zijn in een lijst van het KB van 7 januari 1998. Indien dit niet zo is moet een ontheffing aangevraagd worden bij het FOD Volksgezondheid, Veiligheid van de Voedselketen en Leefmilieu. Aangezien digestaat niet is opgenomen in die lijst, moet een ontheffing aangevraagd worden om het eindproduct van de vergisting te mogen gebruiken in de landbouw. Voor de eindproducten na vergisting van categorie 2 materiaal heeft het FOD beslist dat die slechts mogen gebruikt worden als bodemverbeteraar, niet als meststof. Mest vormt hier echter onder andere een uitzondering op (Biogas-E, 2010). In het nieuwe VLAREA werd digestaat opgenomen in de lijst van de secundaire grondstoffen. Om als secundaire grondstoffen in aanmerking te komen dient men voor het digestaat te beschikken over een keuringsattest door de vzw VLACO of moet het digestaat onderworpen zijn aan een gelijkaardige kwaliteitscontrole. Indien men het digestaat dus wil gebruiken op Vlaamse landbouwgrond dient men zowel een ontheffing aan te vragen bij de FOD, als een keuringsattest bij VLACO vzw (Biogas-E, 2010). De eindproducten van anaerobe vergisting in het mestdecreet vallen onder de noemer stikstof uit andere meststoffen. Voor deze eindproducten gelden de bemestingsnormen zoals onder andere de maximaal toegelaten hoeveelheid nutri¨enten. Binnen het mestdecreet wordt onderscheid gemaakt tussen digestaat afkomstig van een vergistingsproces m´et mest en digestaat afkomstig van een vergistingsproces zonder mest. Zodra er mest toegevoegd wordt aan de vergistingsinstallatie, valt het digestaat onder de bemestingsnorm dierlijke mest. Wordt er echter g´e´en mest gebruikt in het vergistingsproces, dan valt het digestaat onder de bemestingsnorm andere meststoffen. Deze andere meststoffen kunnen bovenop de toegediende hoeveelheid dierlijke mest worden gebracht. Er moet echter steeds voor gezorgd worden dat de norm voor totale stikstof en fosfaat niet overschreden wordt. De fosfaatnorm kan dikwijls ook bepalend zijn voor de hoeveelheid digestaat die maximaal mag toegediend worden. Voor digestaat (gedeeltelijk) op basis van dierlijke mest gelden dezelfde voorwaarden naar tijdstip van uitrijden, aanwendingswijze, transport, . . . als voor dierlijke mest (Code Goede Landbouwpraktijken Digestaat).
Digestaat als alternatief voor kunstmest? Een realistische toekomstmogelijkheid voor de gedroogde dikke fractie is het opwaarderen als kunstmest. Momenteel is de afzet van de dikke fractie een kost, maar wanneer deze erkend zou worden als kunstmest, een duur product, kunnen hier veel inkomsten uit voorvloeien en biedt dit naast de inkomsten uit de generatie van elektriciteit en warmte een verzekerd inkomen voor de landbouwer. Vergisting in de landbouwsector kan namelijk enkel slagen als het eindproduct gevaloriseerd kan worden. In Vlaanderen zijn de bodemverbeterende eigenschappen van digestaat evenwel nog onvoldoende gekend bij de landbouwers. Momenteel zijn er onderzoeksprojecten gaande om de bemestingswaarde van digestaten te vergelijken met deze van drijfmest en/of minerale mest en om te onderzoeken in hoeverre diges-
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
35
taat een goed alternatief kan zijn voor kunstmest, zoals het project Digestaat als alternatief voor kunstmest (Vlaamse Overheid, Landbouw en Visserij, 2010). Er bestaan geen eenduidige cijfers over de bemestingswaarde van digestaat. Veel hangt af van het ammoniumgehalte van het digestaat. De ammoniumstikstof is namelijk sneller beschikbaar voor de plant dan de organische stikstof. Hoe hoger het aandeel ammoniumstikstof, hoe effici¨enter de mest kan ingezet worden voor stikstofbemesting. Door vergisting zal het digestaat een hoger aandeel ammoniumstikstof en een lager aandeel organische stikstof bevatten ten opzichte van de niet-vergiste input. De resterende organisch gebonden stikstof wordt door vergisting minder opneembaar. Voor digestaat op basis van verschillende inputstromen, zal de N-werkingsco¨effici¨ent o.a. afhankelijk zijn van de samenstelling van de verschillende co-producten en de duur van de vergisting. Digestaat wordt bij voorkeur enkele weken voor het groeiseizoen toegediend. Op die manier wordt een maximale nutri¨entenbenutting bekomen en worden de verliezen beperkt. Door de hogere pH van het digestaat, bestaat er een verhoogd risico op ammoniakvervluchtiging. Injecteren is in geval van digestaat dus zeker aangewezen (Code Goede Landbouwpraktijken Digestaat). Het Mestdecreet, dat de implementatie is van de Europese Nitraatrichtlijn in Vlaanderen, geeft aan dat Vlaanderen volledig kwetsbaar is sinds 1 januari 2007. Dit betekent concreet dat overal een maximale bemestingsnorm van 170 kg N/ha/jaar geldig is. In de fosfaatverzadigde gebieden is een bemestingsnorm van 40 kg P2 O5 /ha/jaar van toepassing. Zo vormde dierlijke mest, hoofdzakelijk onder vorm van mengmest, de basis van bemesting voor ma¨ıs. Tot voor kort kon de voedingsbehoefte van ma¨ıs volledig ingevuld worden met dierlijke mest. Met de nieuwe norm van 170 kg N/ha wordt dit moeilijker. De stikstofbehoefte van ma¨ıs bedraagt 250 kg N/ha/jaar. Dit kan met kunstmest bijgestuurd worden, maar werkt kostprijsverhogend. De opwaardering van het gedroogde en gehygi¨eniseerde digestaat tot kunstmest zou bijgevolg tegengewicht kunnen bieden aan deze extra kost. Vlaanderen voert momenteel digestaat uit naar Noord-Frankrijk en voert kunstmest in, een dubbele kost dus. Daarnaast kennen de Vlaamse akkers een tekort aan organische stof, terwijl dit rijkelijk aanwezig is in het digestaat. Tot slot de erkenning van digestaat als kunstmest de productie van kunstmest drastig kunnen reduceren. Deze productie is een zeer energie-intensief proces. Op wereldniveau gaat 10% van het energieverbruik naar de productie van kunstmest (Sys, 2010). Door de vervanging van kunstmest door digestaat kan Vlaanderen op die manier een bijdrage leveren tot het reduceren van het globale energieverbruik.
Dunne fractie Het effluent is wat na zuivering van de dunne fractie wordt ingedampt met de warmte van de motor. Dit gebeurt in drie stappen door de rookgaskoeler (450◦ C), de interkoeler (110◦ C) en het koelwater van de motor. Op die manier wordt de warmte optimaal benut en worden alle warmtekrachtcertificaten verkregen. Warmtekrachtcertificaten worden toegekend voor elke 1.000 kilowattuur (kWh) warmtekrachtbesparing. De warmtekrachtbesparing wordt berekend als de primaire energiebesparing die wordt gerealiseerd door gebruik te maken van een warmtekrachtinstallatie in plaats van een elektriciteitscentrale en een ketel voor de gescheiden opwekking van elektriciteit en warmte (VREG, 2010). Belangrijk is hierbij dat voor de berekening van het thermisch rendement van de warmtekrachtinstallatie wordt uitgegaan van de benutte warmte die wordt gebruikt als warmtebron en die niet meer voor de verdere productie van elektriciteit of mechanische energie wordt
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
36
aangewend. Dit betekent dat geen WKC’s verkregen worden wanneer de warmte wordt aangewend voor het opwarmen van de vergistingstank aangezien de vergistingstank deel uitmaakt van het productieproces van elektriciteit en warmte. Het biologisch gezuiverde en ingedampte effluent wordt uitgereden op de akkers aan een kost van 5 d/ton.
Totale output van digestaat In de gevalstudie bedraagt de stroom van de dikke fractie van het digestaat 4.000 tot 5.000 ton/jaar. Momenteel wordt 2.500 ton gecomposteerd aan een kost van 28 d/ton en 2.500 ton op de akker gebracht aan een kost van 10 d/ton. Op jaarbasis komt dit neer op d95.000. De hoeveelheid effluent dat door middel van de WKK-warmte wordt ingedampt bedraagt ongeveer 10.000 ton/jaar. Het resterende effluent van 7.000 ton/jaar wordt aan een kostprijs van 5 d/ton uitgereden op de akker. In tabel 7.4 worden de resultaten voor de kost van de werking van het digestaat weergegeven. Tabel 7.4: Resultaat digestaatverwerking Verwerking
Tonnage/jaar
d/ton
Totale kost (d)
2.500 2.500
28 10
70.000 25.000
10.000 7.000
WKC’s 5
zie Paragraaf 7.3.1 35.000 130.000
Dikke fractie Compostering Akker Dunne fractie Indampen Uitrijden Totaal
7.4
Exploitatiekosten
De exploitatiekosten voor een biogasinstallatie ingepland in agrarisch gebied omvatten onder andere onderhoudskosten voor wisselstukken en centrifuge, vennootschapskosten, salaris voor de zaakvoerder, kosten voor de boekhouden, enzovoort. Op jaarbasis lopen deze kosten op tot ongeveer d200.000. Per hoeveelheid ge¨ınstalleerd elektrisch vermogen komt dit neer op d177 of 177 d/kWe.
7.5
Subsidies
De belangrijkste steunmaatregelen waar men zich kan op beroepen bij het investeren van een biogasinstallatie de ecologiepremie, verhoogde investeringsaftrek, steun voor demonstratieprojecten energietechnologie¨en, groeipremie en VLIF-steun (Biogas-E, 2010). Enkel de ecologiepremie en de verhoogde investeringsaftrek komen in aanmerking voor de gevalstudie en enkel deze maatregelen worden bijgevolg verder toegelicht.
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
37
De ecologiepremie is een financi¨ele tegemoetkoming aan bepaalde ondernemingen die bepaalde ecologie-investeringen zullen realiseren in het Vlaamse Gewest. de investering aan bepaalde voorwaarden voldoen inzake milieu-investeringen en investeringen op energiegebied. Aan de hand van een limitatieve lijst van technologie¨en kan men bepalen of de investering in aanmerking komt voor een ecologiepremie. De ecologiepremie bedraagt 10% voor grote ondernemingen en 20% voor kleine- en middelgrote ondernemingen en kan oplopen tot maximum 1.500.000 euro per aanvraag. De steun wordt berekend op de ecologische meerkost van de in aanmerking komende investeringscomponenten (Biogas-E, 2010). Voor de gevalstudie bedraagt de ecologiepremie bijgevolg 20% van de totale investering of d860.000. Verhoogde investeringsaftrek is een bijkomende aftrek op de belastbare winst voor energiebesparende investeringen. Dit is een fiscaal voordeel waarbij een bijkomend percentage van de aanschaffingsprijs of beleggingswaarde van een investering vrijgesteld wordt van belasting. Aangezien het hier gaat om belastingsvoordeel en niet om een subsidie is deze fiscale steunmaatregel cumuleerbaar met de ecologiepremie (Biogas-E, 2010). De verhoogde investeringsaftrek bedraagt 14,5% van de totale investering (d623.500).
7.6
Investering
De brutoinvestering bedraagt 4,3 miljoen euro. Deze investering omvat alle zaken om de biogasinstallatie operationeel te maken, zoals de aankoop van de grond, het bouwen van een opslagsilo en het aanleggen van de lagune voor het effluent. Aangezien de aankoop van 1,6 ha grond in de investering wordt opgenomen, wordt voor de afschrijvingen van de veronderstelling uitgegaan dat deze grond d100.000 kost, wat het afschrijfbaar bedrag op d4.200.000 brengt. Daarnaast wordt verondersteld dat de gemiddelde termijn voor afschrijving 10 jaar bedraagt. Deze veronderstelling is gebaseerd op analoge berekeningen voor het bepalen van onrendabele toppen voor biogasinstallaties (Discussienota OT biogas, 2010).
7.7
Financiering
Voor het financieren van de investering wordt uitgegaan van de typische verhouding schuld/eigen vermogen van 70/30. De rente die op de lening betaald wordt bedraagt 5% en het vereist rendement op eigen vermogen bedraagt 15%. Deze veronderstellingen zijn opnieuw gebaseerd op analoge berekeningen voor het bepalen van onrendabele toppen voor biogasinstallaties (Discussienota OT biogas, 2010). Dit brengt het totale vereiste rendement van de investering op 8%. Ten slotte dient ook vennootschapsbelasting betaald te worden. Het tarief van de vennootschapsbelasting bedraagt 33,99% (Portaal Belgium, 2010).
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
7.8
38
Samenvatting en besluit
Tabel 7.5 geeft een overzicht van de investering, subsidies en financiering van de biogasinstallatie. Tabel 7.5: Overzicht van de investering, subsidies en financiering Totale investering Vereist Investering in aanmerking voor investeringsaftrek Investeringsaftrek Investering in aanmerking voor ecologiepremie Ecologiepremie Ecologiepremie als % van totale investering Aandeel lening Aandeel eigen vermogen
d4.300.000 8% d4.300.000 d623.500 d4.300.000 d860.000 20% d3.010.000 d1.290.000
Tabel 7.6 geeft een overzicht van de inputvariabelen voor de investeringsanalyse. In bijlage A is de uitgewerkte investeringsanalyse voor de gevalstudie weergegeven. De kasstromen bestaan uit de inkomsten van de verkoop van elektriciteit, groenestroom- en warmtekrachtcertificaten en subsidies, de uitgaven komen voort uit de verwerking en afzet van het digestaat, exploitatiekosten, inkopen van inputmateriaal en belastingen. In de tabel in bijlage A wordt naast de kasstromen voor de investeringsanalyse ook ter illustratie de aflossing van de lening toegelicht. Deze aflossing is irrelevant voor de investeringsanalyse. Over de beschouwde periode van tien jaar wordt een interne redementsgraad van 15,61% behaald. Dit overstijgt sterk het vereist minimumrendement van 8% en maakt van de biogasinstallatie een rendabele investering. De NCW geeft aan dat bovenop het vereist minimumrendement een waarde van d1.436.963 wordt gecre¨eerd voor de onderneming. De werkelijk NCW zal in realiteit nog een stuk hoger liggen, aangezien de levensduur van een biogasinstallatie langer dan tien jaar is. Door het feit dat de bestaande groenestroomcertificaten en warmtekrachtcertificaten slechts voor tien jaar gegarandeerd zijn en de wetgeving in Vlaanderen sterk aan wijzigingen onderhevig is, bestaat er een te grote onderzekerheid over de te schatten kasstromen op een termijn langer dan tien jaar. Daarnaast zijn ook de energieprijzen in de toekomst moeilijk te voorspellen en is er nog onzekerheid omtrent de erkenning van digestaat als kunstmeststof. Om deze reden geeft de investeringsanalyse slechts een betrouwbaar resultaat voor een termijn van 10 jaar. In deze masterproef is echter geprobeerd toch een inschatting te maken van de kasstromen voor een termijn van 20 jaar. De resultaten zijn weergegeven in tabel 7.7. Door het wegvallen van de groenestroomen warmtekachtcertificaten vanaf jaar 11, zijn de kasstromen vanaf dan negatief. De NCW voor een termijn van 15 en 20 jaar, bedraagt bijgevolg respectievelijk d1.097.801,27 en d866.973,45. Maar gezien de grote onzekerheid van de toekomstige kasstromen na 10 jaar, zijn deze cijfers weinig relevant. De terugverdienperiode bedraagt 4 jaar en 42 dagen. Dit betekent dat de investering na deze termijn terug verdiend is. De methode van terugverdientijd houdt echter met de tijdswaarde van
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
39
het geld, waardoor deze in werkelijkheid langer zal zijn. Een kortere terugverdienperiode beperkt namelijk het risico voor de onderneming en verhoogt de liquiditeit van het project. Deze terugverdienperiode is kort. Dit wordt mogelijks veroorzaakt door een aantal redenen. Ten eerste wordt - zoals reeds vermeld - geen rekening gehouden met de tijdswaarde van het geld en met inflatie. De werkelijke terugverdientijd zal, rekening houdende met deze factoren, langer zijn. Daarnaast zijn de exacte kosten tot nu toe nog onvoldoende gekend aangezien de cijfers gebaseerd zijn op een bestaande biogasinstallatie die nog maar enkele maanden operationeel is. De kosten voor de input van biomassa van OBA kan zeer sterk schommelen in functie van de stromen die beschikbaar zijn. In de investeringsanalyse werd ervan uitgegaan dat, gezien een aantal stromen een opbrengst met zich meebrengen en een aantal een uitgaven, er netto geen inkomsten of uitgaven zijn voor deze stroom. In de praktijk kan dit echter nog evolueren. Daarnaast wordt de warmte van de WKK maximaal aangewend bij het indampen van het effluent, waardoor de inkomsten uit deze bron groot zijn. Ten slotte is ook een schatting gemaakt van de kosten voor onderhoud. In praktijk zouden deze hoger kunnen zijn dan geschat, waardoor de terugverdienperiode alweer een stuk verlengd worden. Toch dient opgemerkt dat de dimensionering van de biogasinstallatie in de gevalstudie zeer goed is gebeurd. De WKK draait bijna continu op maximale capaciteit, waarbij slechts af en toe dient afgefakkeld te worden. De optimale benutting van de beschikbare capaciteit is een sleutelfactor in de winstgevendheid van een hernieuwbaar energieproject.
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
40
Tabel 7.6: Inputvariabelen investeringsanalyse
INPUTVARIABELEN
Waarde
Eenheid
Unit grootte elektriciteit Unit grootte warmte Bedrijfstijd Economische levensduur Elektrisch rendement Thermisch rendement Brutoinvestering Investeringskosten per kWe Exploitatiekosten Exploitatiekosten per kWe INPUT Energiema¨ıs Kippenmest Varkensmest eigen bedrijf OBA Kosten ingaande stoffen Gewogen gemiddelde kost OUPUT DIGESTAAT Hoeveelheid dikke fractie digestaat per jaar Hoeveelheid effluent per jaar Kostprijs afzet digestaat (op land brengen) Kostprijs afzet digestaat (compostering) Kostprijs uitrijden effluent OUTPUT ELEKTRICITEIT Marktprijs stroom Eigen verbruik stroom Opbrengst elektriciteit Gemiddelde prijs groenestroomcertificaat Opbrengst uit groenestroomcertificaten OUTPUT WARMTE Gemiddelde prijs warmtekrachtcertificaat Opbrengst uit warmtekrachtcertificaten SUBSIDIEMAATREGELEN Investeringsaftrek Steunpercentage ecologiepremie Maximale ecologiepremie FINANCIERING Rente Vereiste rendement op eigen kapitaal Aandel eigen kapitaal in investering Aandeel lening in investering Vennootschapsbelasting Termijn lening Afschrijvingstermijn Beleidsperiode
1.130 1.403 8.000 10 42,9% 43,8% 4.300.000 38.053 200.000 177
kWe kWe Uren/jaar Jaar
Bemerking
d d/kWe d/jaar d/kWe
291.600 27.000 318.600 12
d/jaar d/jaar d/jaar d/jaar d/jaar d/ton
4.500 7.000 10 28 5
ton ton d/ton d/ton d/ton
27.000 ton ingaande stoffen
d/MWh
41,2 8,0% 348.552 109 922.140
d/jaar d/MWh d
8460 groenestroomcertificaten
45 505.080
d/MWh d
11224 warmtekrachtcertificaten
14,5% 12% 1.750.000 5% 15% 1.290.000 3.010.000 33,99% 10 10 10
Tarief investeringsaftrek d
30% 70% Jaar Jaar Jaar
aandeel eigen kapitaal aandeel lening
Periode waarover steun verleend wordt
HOOFDSTUK 7. GEVALSTUDIE
41
Tabel 7.7: Voorspelde kasstromen Kasstromen (d) Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar Jaar
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
-4300000,00 859374,54 1081236,69 807328,20 817262,70 827197,21 837131,71 847066,22 857000,72 866935,23 876869,73 -198061,68 -198061,68 -198061,68 -198061,68 -198061,68 -198061,68 -198061,68 -198061,68 -198061,68 -198061,68
Deel IV
Een toekomst voor biogas
42
Hoofdstuk 8
Opwerking van biogas tot aardgaskwaliteit? In dit hoofdstuk wordt nagegaan in hoeverre de mogelijkheid om biogas op te werken tot aardgaskwaliteit praktisch haalbaar is in Vlaanderen. Als voorbeeld wordt het succesverhaal van Laholm in Zweden toegelicht in sectie 8.1. Hierbij wordt opgewerkt biogas ge¨ınjecteerd in het aardgasnet en als transportbrandstof gebruikt. Vervolgens wordt een inschatting gemaakt van de economische haalbaarheid voor injectie van groen gas in het aardgasnet in Vlaanderen op basis van de praktijkgegevens in Nederland waar opwerking en injectie reeds toegepast wordt. Tot slot wordt voor Vlaanderen een evaluatie gemaakt voor de keuze tussen groene stroom, groene warmte en groen gas.
8.1
Inleiding
De geproduceerde energie uit biogas, dient zo dicht mogelijk bij de bron gebruikt te worden om transportverliezen zoveel mogelijk tegen te gaan. Indien er dus warmteafzet aanwezig is op de locatie of op redelijke afstand in de buurt van de locatie, dan is afzet van warmte uit een WKK of een biogasgestookte ketel effici¨enter dan het opwerken van het biogas tot groen gas of het biogas all´e´en omzetten in elektriciteit. Als de mogelijkheid niet aanwezig is om de warmte af te zetten, dan is het opwerken van biogas tot groen gas en het leveren aan het aardgasnet effici¨enter dan het biogas all´e´en omzetten in elektriciteit (Welink et al., 2007). Groen gas wordt door Welink et al. (2007) als volgt gedefinieerd: groen gas is ’een gasvormige energiedrager uit hernieuwbare biomassa met een kwaliteit gelijk aan de aardgaskwaliteit in het openbare net’. Groen gas of biomethaan is dus biogas (ongeveer 50%-70% CH4 ) die wordt opgewerkt tot aardgaskwaliteit (>95% CH4 , eventueel met bijmenging van propaan). In Vlaanderen wordt echter het gebruik van warmte gestimuleerd door het uitreiken van warmtekrachtcertificaten. Deze WKC’s worden toegekend wanneer de warmte nuttig aangewend wordt bij het indrogen van het effluent of de dikke fractie. Hierbij dient opgemerkt dat hoe meer warmte hiervoor aangewend wordt, hoe meer WKC’s uitgereikt worden. Dit kan leiden tot het ineffici¨ent indrogen van het digestaat om op die 43
HOOFDSTUK 8. OPWERKING VAN BIOGAS TOT AARDGASKWALITEIT?
44
manier een maximaal aantal WKC’s uit de geproduceerde warmte te bekomen. Daarnaast is in Vlaanderen nog geen wetgeving opgesteld voor een steunmaatregel voor biomethaan of groen gas. In Europa zijn in Zweden en Zwitserland systemen gebouwd die biogas opwerken tot groen gas. In Duitsland en Oostenrijk wordt gestart met het opzetten van opwerkingssystemen. In Zwitserland wordt de productie van groen gas gestimuleerd door vrijstelling van de energiebelasting. In Duitsland vindt de stimulering plaats door de gecertificeerde verkoop en levering van groen gas aan gasgestookte elektriciteitscentrales die er duurzame elektriciteit van maken, dat wel gesubsidieerd wordt (Welink et al., 2007). Groen gas vindt zowel zijn toepassing in het injecteren in het bestaande aardgasnet als in de directe inzet als vervoersbrandstof.
8.2
Het succesverhaal van Laholm (Zweden)
In 1992 werd het project voor de biogasinstallatie in Laholm (Zweden) opgestart als maatregel om de toenemende eutrofi¨ering in de baai van Laholm aan de westkust van Zweden te reduceren. Het doel van dit project was om biogas te produceren voor de stad Laholm en een certificeerde meststof te produceren voor de landbouwers in de streek. In de jaren ’80 kreeg Laholm te maken met toenemende problemen van lekverliezen van N uit de landbouwsector in de baaistreek. Maatregelen zoals de toegenomen seizoenale opslagcapaciteit van mest en het verbieden van mestverspreiding buiten de lente waren niet voldoende om de gewenste reductie in stikstoftoevoer naar de Laholmbaai te verwezelijken. Verschillende supplementaire maatregelen werden bestudeerd om N-lekverliezen naar de baai te reduceren. Het meest veelbelovende alternatief was het bouwen van een biogasinstallatie in Laholm. De installatie zou niet enkel voorzien in de mogelijk om mest te behandelen, maar zou ook een toegenomen opslagcapaciteit betekenen. De Laholminstallatie is een co-fermentatie-installatie die jaarlijks 28.000 ton mest en 20.000 andere soorten organische afvalstoffen uit de regio ontvangt (zie tabel 8.1). De biogasinstallatie is een conventionele gemengde tankreactor (2 250 m3 , residentietijd 25 - 30 dagen, 38◦ C, 7,5% DS) die gevoed wordt vanuit een voortank. Pasteurisatie wordt uitgevoerd in een batcheenheid door het geheel gedurende 1 uur op minimum 70◦ C te brengen. De installatie produceert biologische meststof en biogas. De gasproductie bedraagt jaarlijks ongeveer 20 - 30 GWh met een methaaninhoud van ongeveer 75%. Concreet betekent dit dat de totale jaarlijkse productie van biogas neerkomt om 2,4 Mm3 . De injectie van biogas in het aardgasdistributienet vervangt 1,8 Mm3 aardgas per jaar. Tot 2000 werd het biogas gebruikt in een regionale verwarmingsinstallatie. Dit had echter als nadeel dat in periodes waarbij de warmtevraag laag was tot 40% van het biogas afgefakkeld werd. Sinds 2001 werd biogas ge¨ınjecteerd in het lokale aardgasdistributienet en vervangt momenteel ongeveer 30% van de regionale aardgasbehoefte waarbij de CO2 -emissie jaarlijks met 3700 ton wordt gereduceerd. Het biogas van de Laholm-installatie wordt opgewaardeerd tot aardgaskwaliteit. Dit gebeurt in drie stappen. Eerst wordt zwavel verwijderd door middel van het Sulfatreat-proces. Vervolgens wordt koolstofdioxide verwijderd in het Selexol-proces en tenslotte wordt de Wobbe-index1 1 De Wobbe-index is een maat voor de uitwisselbaarheid van verschillende gassen op een bepaalde brander. Gassen met eenzelfde Wobbe-index geven eenzelfde thermisch vermogen op een gegeven brander.
HOOFDSTUK 8. OPWERKING VAN BIOGAS TOT AARDGASKWALITEIT?
45
Tabel 8.1: Laholm biogas plant - inputs and outputs (2004) Input (ton/year) Manure for pigs and cattle Abattoir waste Industrial waste Household waste Others Total
28.000 10.000 3.000 1.000 6,000 48.000
Output (ton/year) Bio fertilizer to farming Other Total
28.000 15.000 43.000
tot dat van aardgas gebracht door het toevoegen van 5 - 10% propaan en wordt het ge¨ınjecteerd in het aardgasnet. Het voordeel van biogas tegenover het gebruik aardgas is dat de verbranding zuiverder gebeurd. Aardgas bevat naast methaan ook propaan, butaan,. . . . Dit maakt dat de verbranding minder volledig verloopt. Motoren waarin dus biogas verbrand wordt, gaan langer mee. De Laholm biogasinstallatie heeft substantieel bijgedragen tot het reduceren van de regionale eutrofi¨ering van het Laholmbaai. Daarnaast reduceert het de CO2 -emissies met 3.700 ton per jaar door het vervangen van 18.000 MWh aardgas. Biogas wordt gedeeltelijk gebruikt in de stad Laholm voor verwarmingsdoeleinden in de industrie en in huizen. Een deel van het biogas wordt gebruikt als transportbrandstof in een tankstation aan de periferie van Laholm.
8.3 8.3.1
Opwerking van biogas tot groen gas Opwerking en injectie
De opwerking van ruw biogas tot groen gas gebeurt grofweg in twee stappen. De eerste stap is de reinigingsstap waarbij de verontreinigingen (o.a. waterstofsulfide, koolwaterstoffen en ammonia) worden verwijderd. De tweede stap is het verhogen van het methaangehalte door CO2 te verwijderen tot een niveau waarbij het gas dezelfde verbrandingswaarde en Wobbe-index heeft als aardgas. Dit betekent dat CH4 en CO2 moeten worden gescheiden. Groen gas kan momenteel uit biogas worden gemaakt op basis van drie verschillende soorten technieken: membraantechniek, Vacu¨ um Pressure Swing Adsorption (VPSA) en gaswassingstechniek. In de nabije toekomst is cryogene techniek (gaskoeling) een veelbelovende goedkopere techniek. In Nederland zijn de ervaringen tot nu toe positief met de bedrijfstechnische aspecten van het opwerken van biogas tot groen gas zijn. In 2007 werd groen gas in Nederland reeds door 5 installaties geleverd aan het lage en midden druk aardgasnet. Groen gas wordt nog niet geleverd aan het hoge druk net. Door levering van
HOOFDSTUK 8. OPWERKING VAN BIOGAS TOT AARDGASKWALITEIT?
46
groen gas aan het aardgasnet is levering van groen gas overal mogelijk. Hierdoor is de productie van groene warmte in principe overal mogelijk (Welink et al., 2007).
8.3.2
Economische haalbaarheid
Vlaanderen beschikt in tegenstelling tot Nederland enkel over een hoog calorisch net. Zo is in Vlaanderen een methaangehalte van 95% vereist, terwijl dit in Nederland slechts 70 `a 80% is. Dit maakt de opwerking in Nederland gemakkelijker en goedkoper en bijgevolg ook rendabeler. In Nederland wijst een berekening voor ondersteuning van onrendabele toppen uit dat co-vergisting van ma¨ıssilage en reststromen op kleine schaal mogelijk zijn mits ondersteuning van een onrendabele top van 9,5 cent/kWh (circa 32 cent/m3 groen gas). Co-vergisting van ma¨ıssilage en reststromen op een grote en middelgrote schaal zijn reeds mogelijk voor een ondersteuning van een onrendabele top van 3,3 cent/kWh (circa 11 cent/m3 groen gas). De schaalgrootte van een installatie wordt niet alleen bepaald door bedrijfseconomische aspecten, maar ook door de benodigde logistiek van het aan te voeren materiaal en het af te voeren digestaat. Hierdoor is de schaalgrootte van een installatie locatiegebonden (Welink et al., 2007). In Vlaanderen werd voor verschillende vergistingstechnologie¨en de onrendabele top berekend voor de productie van groenestroom (Vito, 2010), deze zijn weergegeven in tabel 8.2. Tabel 8.2: Onrendabele toppen in Vlaanderen (Vito, 2007) Onrendabele Top: technologie Stortgas RWZI/AWZI Vergisting van energiegewassen Co-vergisting mest en energieteelten Co-vergisting mest en organische afvalstoffen Vergisting van GFT en afval
cd/kWh -0,3 31,3 9,9 4,4 4,4 10,8
Uit table 8.2 blijkt dat de onrendabele toppen in Vlaanderen voor groenestroomproductie door co-vergisting vergelijkbaar zijn met de onrendabele toppen voor de productie van groen gas in Nederland. De technologie¨en zijn bijgevolg vanuit bedrijfseconomisch standpunt concurrentieel. Hierbij dient opgemerkt dat het voor de productie van groen gas en injectie in het net gaat om het laagcalorische net. Verder doorgedreven zuivering zoals voor Vlaanderen nodig is, zal de kosten opdrijven waardoor economisch gezien groenestroomproductie rendabeler zal zijn. Een andere mogelijkheid voor Vlaanderen is om over te schakelen naar een laagcalorisch net. Economisch gezien is het beter om groen gas te injecteren in een laagcalorisch net en een WKK te plaatsen daar waar de warmte en elektriciteit nodig is in plaats van verschillende kleine WKK’s verspreid (Sys, 2010). In het geval van kleine installaties dient vaak afgefakkeld te worden op momenten dat er te veel gasproductie is en dient de installatie stilgelegd te worden indien te weinig wordt geproduceerd. Dit maakt kleine installaties zowel energetisch als economisch ineffici¨ent. In Vlaanderen wordt momenteel, door het systeem van warmtekrachtcertificaten, de vrijgekomen warmte benut op de eigen installatie. Mocht het via een laagcalorisch net mogelijk zijn het biogas te transporteren naar
HOOFDSTUK 8. OPWERKING VAN BIOGAS TOT AARDGASKWALITEIT?
47
verstedelijkte gebieden met een hogere warmtevraag, zou deze warmte mogelijks nuttiger kunnen aangewend worden.
8.4
Ontwikkelen groen gas in Vlaanderen
Om de ontwikkeling van groen gas uit biogas een plaats in de markt te geven, dient een certificeringsysteem opgezet te worden (analoog aan de garanties van oorsprong van duurzame elektriciteit, de groenestroomcertificaten). Deze certificering is een belangrijke stap om ook in de toekomst grotere volumes van verduurzaamd aardgas te kunnen realiseren (Welink et al., 2007). Deze groen gas certificaten geven een garantie van oorsprong. Voor de realisatie van projecten dienen de condities in de markt dusdanig te zijn dat initiatiefnemers bereid zijn om te investeren. Om groen gas op korte termijn te ontwikkelen, zal met name co-vergisting moeten worden gestimuleerd door subsidie op het groen gas te geven. Deze subsidie dient de onrendabele top te dekken, zoniet zal de ontwikkeling van groen gas niet tot stand komen. Het alternatief voor financi¨ele stimulering is het verplicht stellen van de hoeveelheid groen gas in het aardgasnet (Welink et al., 2007). Voor de overheid is hier dus een stimulerende rol weggelegd.
8.5 8.5.1
Groene stroom, groene warmte of groen gas? Huidige situatie Vlaanderen
Gezien momenteel nog geen wettelijk kader is voorzien voor groen gas in Vlaanderen zijn er ook geen praktijkgegevens om een sluitend antwoord te bieden op de vraag welke technologie het best geschikt zou zijn in Vlaanderen. In 2009 waren 29 installaties in werking of in (her)opstart. Daarnaast zijn 27 installaties vergund of in de bouwfase, maar nog niet operationeel (Voortgangsrapport Biogas-E, 2009). Op het einde van 2010 zouden er bijgevolg een 50-tal installaties operationeel kunnen zijn. Het ge¨ınstalleerd elektrisch vermogen heeft een bereik van 300 kWe tot > 3500 kWe. De nieuwe installaties in landbouwgebied zijn doorgaans groter, maar ook de bestaande installaties in landbouwgebied breiden uit tot de maximale capaciteit van 60.000 ton/jaar (Voortgangsrapport Biogas-E, 2009). In 2009 waren er ook 7 grote installaties met een ge¨ınstalleerd elektrisch vermogen > 2 MWe. De trend is in Vlaanderen dus gezet om middelgrote of grootschalige covergistingsinstallaties in te planten op het landbouwbedrijf zelf.
8.5.2
Economische haalbaarheid van het gecombineerd toepassen van groen gas en groene stroom
Een theoretische mogelijkheid zou zijn om tijdens de piekuren van het elektriciteitsverbruik het biogas via de generator en WKK om te zetten in groene stroom en groene warmte. Op die manier worden zowel de groenestroomcertificaten als de warmtekrachtcertificaten bekomen ´en een hoge inkomst uit de verkoop van de elektriciteit. Tijdens de daluren kan het biogas opgewaardeerd
HOOFDSTUK 8. OPWERKING VAN BIOGAS TOT AARDGASKWALITEIT?
48
worden tot groen gas en in het net ge¨ınjecteerd worden. Op deze manier zou men tot winstmaximalisatie kunnen komen door de drie afzettingsmogelijkheden voor het biogas optimaal te benutten. In praktijk zal zowel de technische als economische haalbaarheid bedenkelijk zijn. Economisch gezien dient op die manier voor dezelfde hoeveelheid geproduceerd biogas een dubbele investering te gebeuren. Een eerste investering voor de generator met WKK en een tweede voor de opwaardering van het biogas tot groen gas. Aangezien op dit moment biogasinstallaties zonder steunmaatregelen nog niet rendabel zijn, is een extra investering die niet noodzakelijk tot een grotere winst leidt niet gewenst. Daarnaast is het twijfelachtig of de netleveranciers zullen toestaan dat biogasproducenten hun groene stroom enkel in de piekuren verkopen voor een hogere prijs. Momenteel wordt tussen de biogasproducent en de netleverancier contractueel vastgelegd welke hoeveelheid aan welke prijs geleverd zal worden. Deze prijs bedraagt typisch 90% van de ENDEX. Wanneer de biogasproducten een dergelijke regeling willen afdwingen, dienen ze zich te organiseren om een machtpositie te cre¨eren tegenover de netleveranciers. Door de dubbele investering ontstaat een capaciteitsoverschot. De generator of de opwerkingsinstallatie dienen steeds op piekbelasting berekend te worden, tenminste als men tijdens de piekuren het biogas voor 100% als elektriciteit wil verkopen. Ook technisch is het gecombineerd en afwisselend leveren van groene stroom en warmte en groen gas moeilijk realiseerbaar. Een generator dient namelijk zo weinig mogelijk stilgelegd te worden, normaal gezien enkel voor het noodzakelijke onderhoud. Stilleggen en terug opstarten van de generator leidt steeds tot een lagere effici¨entie en een grotere slijtage. Dus ook al wordt de generator minder gebruikt, door steeds stil te leggen en op te starten treedt snel slijtage op. De keuze dient bijgevolg gemaakt te worden tussen het installeren van een generator met WKK, waarbij de generator zo continu mogelijk op vollast draait en de capaciteit op die manier maximaal benut wordt. Of er dient gekozen te worden voor een opwerkingssysteem voor het biogas, waarbij dit groen gas vervolgens in het net ge¨ınjecteerd wordt.
8.5.3
De meest effi¨ ente aanwending van biogas
Welink et al. (2007) beschrijven 4 verschillende routes om biogas om te zetten in bruikbare energie (elektriciteit, warmte of gas): • Elektriciteitsproductie uit biogas • Warmteproductie uit biogas • Elektriciteit en warmteproductie uit biogas (WKK) • Groen gas uit biogas en injectie in het gasnet Welink et al. (2007) vergeleken deze verschillende manieren van biogastransformatie onderling door voor elke transformatie de besparing van aardgas te berekenen. De meest geschikte manier
HOOFDSTUK 8. OPWERKING VAN BIOGAS TOT AARDGASKWALITEIT?
49
om deze transformaties van biogas met elkaar te vergelijken is op basis van energie (MJ) in plaats van volume (Nm3 ) aangezien de energetische waarde van biogas verschilt van die van aardgas.
Productie van elektriciteit Wanneer de productie van elektriciteit gebeurt door middel van een gasmotor met effici¨entie = 0,38, produceert 1 MJ biogas 0,38 MJ elektriciteit. Zonder biogas zou de nodige elektriciteit geproduceerd worden door een elektriciteitscentrale met effici¨entie = 0,55. 0,69 MJ aardgas is nodig om 0,38 MJ te produceren (transportverliezen buiten beschouwing gelaten). Dit betekent dat 2,23 Nm3 biogas 1 Nm3 aardgas kan vervangen.
Warmteproductie Het verbranden van 1 MJ biogas in een ketel zou 0,90 MJth opleveren. 1MJ aardgas geeft hetzelfde resultaat. Wanneer dit biogas alweer een methaangehalte van 65% methaangas bevat, zou 1,54 Nm3 1 Nm3 aardgas uitsparen.
Productie van elektriciteit en warmte door middel van een warmtekrachtkoppeling 1 MJ biogas geeft 0,50 MJth thermische energie en 0,38 MJe elektrische energie. De effici¨enties die gebruikt worden zijn waarden zoals ze in de praktijk voorkomen. Als biogas niet beschikbaar zou zijn, zou de warmte geproduceerd worden door een lokale ketel met een effici¨entie η th = 0,90 en de elektriciteit in een elektriciteitscentrale met een effici¨entie η e = 0,55. Verliezen bij het transport de van de elektriciteit werden niet in rekening gebracht. Dit betekent dat voor 0,50 MJth en 0,38 MJe 1,24 MJ aardgas nodig zou zijn. Dit houdt in dat 1 MJ biogas een besparing van 1,24 MJ aardgas oplevert. Wanneer dit biogas een methaangehalte van 65% methaangas bevat, zou 1,23 Nm3 1 Nm3 aardgas uitsparen.
Opwaarderen van aardgas en injecteren in het gasnet 1MJ biogas geeft 0,75 - 0,91 groen gas. Deze waarde hangt af van de methode van opwaardering. Het proces van opwaardering vereist namelijk ook energie en afhankelijk van de methode verschilt ook het vermogen waarmee methaan van de andere componenten kan gescheiden worden en treden bijgevolg methaanverliezen op. Dit betekent dat 1,69 - 2,05 Nm3 biogas 1 Nm3 aardgas kan vervangen. Toch dienen enkele opmerkingen gemaakt te worden over bovenstaande transformaties. Hoewel warmtekrachtkoppeling en warmteproductie de meest effici¨ente methodes zijn om biogas aan te wenden, rijst het probleem dat warmte niet altijd kan aangewend worden op de locatie waar het biogas geproduceerd wordt. Daarnaast lijkt het gerechtvaardigd om verder onderzoek te verrichten op vlak van opwaarderen van biogas naar aardgaskwaliteit, het zogenaamde groene gas, en dit te injecteren in het gasnet. Vanuit het perspectief van effici¨entie, is de productie van groen gas en
HOOFDSTUK 8. OPWERKING VAN BIOGAS TOT AARDGASKWALITEIT?
50
injectie in het gasnet beter dan de productie van elektriciteit. Daarnaast dient het gebruik van biogas als brandstof in wagens (Persson et al., 2006) en voor het gebruik in brandstofcellen ook ge¨evalueerd te worden.
Hoofdstuk 9
Biogas ten opzichte van wind- en zonne-energie De drie hernieuwbare energietechnologie¨en wind, zon en biogas kunnen op verschillende vlakken met elkaar vergeleken worden, waarbij elke technologie zijn eigen uitgesproken voor- en nadelen heeft.
9.1
Zon, wind en biogas voor een landbouwbedrijf
Mermuys en Ghekiere (2006) vergelijken de drie technologie¨en aan de hand van een voorbeeld van een landbouwbedrijf met een groot elektriciteitsverbruik (200.000 kWh per jaar).
9.1.1
Zon
Een fotovolta¨ısch systeem zet licht om in elektriciteit. Dit systeem wekt gelijkstroom op die via een omvormer omgezet wordt in wisselstroom. Voor een optimaal rendement wordt de installatie zuidoost tot zuidwest geori¨enteerd met een hellingshoek van 30◦ . De levensduur van een fotovolta¨ısch systeem bedraagt ongeveer 30 jaar. De omvormer heeft een levensduur van ongeveer 11 jaar (Mermuys en Ghekiere, 2006). Na 25 jaar werkt installatie nog op 80% van de capaciteit. Wanneer een PV-systeem wordt ge¨ınstalleerd met een vermogen van minder van 10 kWh aan wisselstroomzijde (<100 m2 ), dan werkt de teller bi-directioneel. De teller meet dus de geproduceerde elektriciteit (basis voor uitbetaling groenestroomcertificaten) en wanneer elektriciteit geproduceerd wordt, die niet zelf wordt verbruikt, dan wordt deze op het elektriciteitsnet ge¨ınjecteerd en draait de teller terug. Het elektriciteitsnet doet op die manier dienst als een soort ’batterij’ voor de geproduceerde elektriciteit. De netto hoeveelheid elektriciteit die van het net genomen wordt, vermindert op die manier. Als op jaarbasis dus evenveel elektriciteit geproduceerd wordt door het
51
HOOFDSTUK 9. BIOGAS TEN OPZICHTE VAN WIND- EN ZONNE-ENERGIE
52
PV-systeem als dat er op jaarbasis overdag verbruikt wordt, wordt de factuur van het dagverbruik uitgespaard (Mermuys en Ghekiere, 2006). In geval van een PV-systeem met een vermogen van meer dan 10 kWh aan de wisselstroomzijde (>100m2 ), zijn drie tellers nodig. Een teller meet de geproduceerde elektriciteit (basis voor de uitbetaling van de GSC) en twee tellers meten elk een richting. Hiervan meet de eerste teller (klassieke afname) de elektriciteit die van het elektriciteitsnet afnomen wordt en die aan de leverancier betaald wordt. De tweede teller (injectie) registreert de stroom die op het net wordt ge¨ınjecteerd. De leverancier is echter niet verplicht om een minimumprijs te betalen voor deze elektriciteit. Daarom is het belangrijk de grootte van het PV-systeem zo goed mogelijk af te stemmen op de eigen elektriciteitsbehoefte overdag. Wat niet wordt verbruikt, wordt namelijk weggegeven aan het net waardoor de enige inkomsten deze van de GSC zijn (Mermuys en Ghekiere, 2006). Om een elektriciteitsverbruik van 200.000 kWh per jaar te vervangen door zonne-enerige, is een installatie van ongeveer 235 kWp vereist. Dit komt overeen met een dakoppervlakte van 2.000 m2 . De netto investering hiervoor bedraagt d741.210. Hierbij werd rekening gehouden met VLIF-steun die 30% bedraagt en een investeringskost van 4.500 d/kWp. Mermuys en Ghekiere (2006) gaan ervan uit dat de helft van het elektriciteitsverbruik ’s nachts plaatsvindt, waardoor overdag eigenlijk 100.000 kWh teveel geproduceerd wordt. Uit deze extra 100.000 kWh zijn er enkel inkomsten uit de groenstroomcertificaten, indien de leverancier niets voor deze stroom wil betalen. Op basis hiervan berekenden Mermuys en Ghekiere (2006) een terugverdientijd van 8,4 jaar, rekening houdende met de gegarandeerd opbrengst van de groenestroomcertificaten voor 20 jaar (d450/MWh), de uitgespaarde kosten op de energiefactuur (0,09 d/kWh voor 100.000 kWh) en de jaarlijkse kosten voor onderhoud (1% van de investering). Wanneer rekening wordt gehouden met de investeringskost voor het vervangen van de omvormer in het elfde jaar (14% van de totale investering), een inflatie van 2% en een rentevoet van 4% wordt een terugverdientijd van 13 jaar bekomen. Het PV-systeem kan ook gedimensioneerd worden volgens de maximale energiebehoefte van overdag, zodat alle stroom die je overdag produceert verbruikt wordt. In dit geval bedraagt de dakoppervlakte 1.000 m2 (118 kWp) of een netto investering van ongeveer d370.605 die in 7,6 jaar terugverdiend wordt. Het totale rendement ligt dus hoger bij kleinere systemen, aangezien je met minder geld meer kan cre¨eren bij systemen afgestemd op het dagverbruik. Een PV-systeem wordt bijgevolg dus het best gedimensioneerd op basis van de maximale energiebehoefte overdag (Mermuys en Ghekiere, 2006).
9.1.2
Wind
Om met een windmolen 200.000 kWh elektriciteit op te wekken, is een middenschalige windmolen nodig met een vermogen van 100 kW (rotordiameter 20m, ashoogte 25m). In een windzone met een windsnelheid van 7,2 m.s−1 op 75 m hoogte (Windplan Vlaanderen), kan jaarlijkst ongeveer 200.000 kWh elektriciteit opgewekt worden. Dit vergt een totale investering van d400.000. Mermuys en Ghekiere (2006) houden rekening met een eenmalige investeringsaftrek van 14,5% en een ecologiesteun van 10,5% en komen op die manier aan een netto investering van d300.000.
HOOFDSTUK 9. BIOGAS TEN OPZICHTE VAN WIND- EN ZONNE-ENERGIE
53
Deze investering is op 10,4 jaar terugverdiend, rekening houdend met de gegarandeerde opbrengst van groenestroomcertificaten voor tien jaar (80 d/MWh), de uitgespaarde kosten aan de energiefactuur en de jaarlijkste kosten voor onderhoud (1,5% van de investering). Indien er rekening wordt gehouden met een inflatie van 2% en een rentevoet van 4% bedraagt de terugverdientijd 14 jaar. Een kleinschalige windmolen is bijgevolg minder snel terugverdiend dan een zonnesysteem aangezien de jaarlijkse onderhoudskost hoger is, de vergoeding voor groenestroomcertificaten zesmaal lager en de vergoeding slechts voor 10 jaar gegarandeerd is. De gemiddelde levensduur van een windmolen bedraagt 20 jaar. Een grootschalige windmolen (vanaf 1.000 kW, 80 m rotordiameter en 80 m ashoogte) kan in drie jaar worden terugverdiend omdat onder andere de energieoutput per vierkante meter veel groter is. Een dergelijke investering is vooral interessant voor co¨operatieven (Mermuys en Ghekiere, 2006).
9.1.3
Biogas
Wanneer in een biogasinstallatie een WKK geplaatst wordt van 30 kW, dan wordt op jaarbasis 30 kW x 7.500 draaiuren = 225.000 kWh elektriciteit geproduceerd. Doorgaans bedraagt een investering 2.000 tot 5.000 d/kW WKK-vermogen, waarbij kleine installaties relatief meer kosten (5.000 d/kW) dan grote installaties (2.000 d/kW). Bijgevolg zijn erg kleine installaties relatief duur. In de gevalstudie bedraagt de investering per eenheid ge¨ınstalleerd elektrisch vermogen 3.805 d. Een biogasinstallatie vraagt ook randinfrastructuur zoals opslagsilo’s, aanvoerwegen, . . . Mermuys en Ghekiere (2006) stellen dat een investering in biogas pas verantwoord is voor een WKK vanaf 100 kW. Indien aan de specifieke voorwaarden voldaan wordt, kan 30% VLIF-steun bekomen worden. Daarnaast worden groenestroomcertificaten ontvangen met een gegarandeerde bodemprijs van d80 gedurende de eerste tien jaar na opstart. Daarnaast kan de elektriciteit deels zelf gebruikt worden en deels op het net ge¨ınjecteerd worden. De verkoopprijs van de elektriciteit is sterk afhankelijk van de hoeveelheid die kan geleverd worden. Heel belangrijk is dat in een biogasinstallatie naast elektriciteit ook warmte geproduceerd wordt. Per kWh elektriciteit wordt dus ongeveer 1,4 kWh warmte geproduceerd. Deze warmte kan ofwel zelf nuttig gebruikt worden ofwel doorverkocht worden naar bijvoorbeeld een serrebedrijf in de buurt waardoor stookkosten worden uitgespaard. Daarnaast wordt per MWh primaire energie die op die manier wordt uitgespaard een WKK-certificaat bekomen (ongeveer 40 d/kWh). Voor een installatie van 100 kW betekent dit op jaarbasis bijvoorbeeld 2.500 ton varkensdrijfmest en 1.400 ton ma¨ıs. De aanvoer van biomassa is echter aanzienlijk en heeft zijn kostprijs, alsook de verwerking van het digestaat. Voor tuinbouwbedrijven die vaak niet over grote arealen akkerland beschikken is dit een hinderpaal. Mermuys en Ghekiere (2006) stellen dan ook een samenwerking voor tussen akkerbouwers en serrebedrijven om de aanvoer van biomassa en de afzet van digestaat te garanderen en de warmte maximaal te benutten. Ook de rookgassen kunnen na zuivering nuttig aangewend worden als CO2 -bemesting. De werkelijke terugverdientijden hangen af van de grootte van de initi¨ele investeringen, de variabele kosten en het al dan niet nuttig kunnen aanwenden van de warmte. Tot de variabele kosten horen de toelevering van de biomassa, de afzet van het digestaat, de arbeidsbehoefte en het onderhoud van de WKK. Deze kosten kunnen sterk verschillen van project tot project, maar in een goed project moet een terugverdientijd van acht tot twaalf jaar mogelijk zijn (Mermuys en Ghekiere, 2006).
HOOFDSTUK 9. BIOGAS TEN OPZICHTE VAN WIND- EN ZONNE-ENERGIE
54
In de gevalstudie wordt een terugverdientijd van 4 jaar en 42 dagen bekomen. Dit echter zonder rekening te houden met de tijdswaarde van het geld en inflatie, waardoor de werkelijk terugverdientijd langer zal zijn. Daarnaast is deze periode vrij kort aangezien de kosten voor het aanvoeren van organisch-biologische afvalstromen buiten beschouwing werden gelaten. De kosten hiervoor zijn namelijk moeilijk in te schatten. Sommige stromen brengen uitgaven met zich mee, anderen inkomsten. Toch dient vermeld dat de geschatte terugverdientijd de werkelijk kan benaderen aangezien de WKC optimaal benut worden, op middelgrote schaal wordt gewerkt en bijna continu op maximale capaciteit wordt gedraaid. Een goede dimensionering is bijgevolg zeer belangrijk voor de rendabiliteit van een biogasinstallatie. Een overzicht van de verschillende parameters van de drie hernieuwbare energietechnologie¨en voor een landbouwbedrijf met een elektriciteitsverbruik van 200.000 kWh wordt gegeven in tabel 9.1. Tabel 9.1: Overzicht parameters biogas, zonne- en windenergie voor een landbouwbedrijf met een elektriciteitsverbruik van 200.000 kWh (Mermuys en Ghekiere, 2006)
Levensduur Totale investering Netto investering Investering per eenheid ge¨ınstalleerd vermogen Ge¨ınstalleerd vermogen Terugverdientijd
9.2
Zon
Wind
30 jaar d1.057.500 d741.210 4.500 d/kWp
20 jaar d400.000 d300.000 4.000 d/kW
235 kWp 8,4 jaar
100 kW 10,4 jaar
Biogas d144.000 - d360.000 2.000 - 5.000 d/kW (WKK-vermogen) 30 kWe 8 - 12 jaar
Zon, wind en biogas in functie van de exploitatieruimte
Uit de cijfers van de Federale Overheidsdienst Economie blijkt dat in 2007 reeds 21,3% van het Vlaamse land bebouwd is. Dit maakt van Vlaanderen een dichtbevolkt gebied, waarbij het belangrijk is de beschikbare gronden zo optimaal mogelijk te benutten. In dit kader is de energieopbrengst van hernieuwbare energieprojecten per ingenomen exploitatieruimte van belang. In tabel 9.2 wordt een overzicht gegeven voor de energieopbrengst van biogas, wind en zon voor een ingenomen exploitatieruimte van 1,5 ha. Tabel 9.2: Opbrengst energie per ingenomen 1,5 ha exploitatieruimte (Christiaens, 2009)
Uren Ge¨ınstalleerd vermogen Opbrengst Energiebehoefte
Biogas
Wind
Zon
8000 u 3 MWe 24 GWh 8000 gezinnen
2000 u 2 MWe 4 GWh 1333 gezinnen
850 u 0,6 MWe 0,53 GWh 176 gezinnen
HOOFDSTUK 9. BIOGAS TEN OPZICHTE VAN WIND- EN ZONNE-ENERGIE
55
Per oppervlakte-eenheid voorziet een biogasinstallatie dus in de grootste energieopbrengst. Biogasinstallaties hebben echter wel met inplantingsproblemen te kampen. Er dient aan specifieke criteria voldaan te zijn, waaronder dat het bedrijf die een biogasinstallatie wil installeren 1,5 ha grond beschikbaar heeft, het mag niet te dicht bij hindergevoelige gebieden, zoals woonzones en natuurgebieden, gelegen zijn en de installatie dient goed bereikbaar te zijn voor de aanvoer van grondstoffen zodat geen overlast van transport ontstaat. Windmolens zijn ook niet overal implementeerbaar. Er dient rekening gehouden te worden met bepaalde inplantingsaspecten zoals de slagschaduw, veiligheidsaspecten, de luchtvaart, het landschap en het elektriciteitsnet. Zonnepanelen zijn daarentegen overal implementeerbaar. Zij nemen daarentegen een grote ruimte in beslag om eenzelfde energieopbrengst als wind en biogas te leveren.
9.3 9.3.1
Biogas, zonne-energie of windenergie? Fluctuerend energieaanbod
Het energie-aanbod van wind- en zonne-energie kan locatiegebonden en sterk variabel zijn, omwille van het wisselend productieniveau en de discontinu¨ıteit in functie van de seizoenen en de dag/nacht-cyclus. Dit maakt het opslaan van energie of de aansluiting van reservevermogen vaak noodzakelijk. Het effectief vermogen van een windturbine bijvoorbeeld is gelijk aan het ge¨ınstalleerd vermogen maal de productiefactor. De productiefactor geeft in procenten van het maximale vermogen het gemiddelde vermogen aan waarmee wordt geproduceerd. In ons windklimaat kan men voor windkracht rekenen op een productiefactor van ongeveer 11 % in het binnenland, ongeveer 23 % nabij de kust en ongeveer 34 % op zee. Het fluctuerend aanbod is tot op zekere hoogte statistisch voorspelbaar. Dit fluctuerend energie-aanbod, dat wind- en zonneprojecten soms parten speelt, kan volledig beheerst worden in een biogasinstallatie door een goed beleid. De ingaande biomassastromen en de procesparameters bepalen de biogasopbrengst. Wanneer deze factoren goed beheerd worden kan een constante output gegenereerd worden. Deze constante output kan echter ook een nadeel zijn. Elektriciteit kan over het algemeen steeds in het net ge¨ınjecteerd worden, maar het systeem voor warmtebenutting moet zodanig ontworpen zijn dat deze warmte ten allen tijde kan worden benut. Wanneer de warmte dus voor de verwarming van serres en huizen wordt aangewend, zal zich in de zomer een overaanbod voordoen. Deze warmte in het proces benutten is een betere oplossing.
9.3.2
Implementatie
De energiedichtheid, i.e. de energie-inhoud per eenheid oppervlakte, van sommige stromingsbronnen (vooral wind en zon) is relatief laag. Een groot potentieel aan wind en zon vereist voor een land als Vlaanderen talrijke, grote windturbines op vrij grote oppervlaktes of grote oppervlaktes zonnepanelen. Voor zonnepanelen is heel wat plaats beschikbaar op de daken van de huizen Een windturbine vereist een grondoppervlakte van ongeveer 100 m2 , waarbij inpassing in de ruimtelijke ordening minder evident is. Daarnaast kunnen windturbines de landschapsbeleving aantasten (’horizonvervuiling’), geluidshinder veroorzaken, of een gevaar betekenen voor trekvogels. De
HOOFDSTUK 9. BIOGAS TEN OPZICHTE VAN WIND- EN ZONNE-ENERGIE
56
problemen rond geluidshinder en horizonvervuiling kan men gedeeltelijk opvangen door de windturbines off shore te plaatsen. De implementatie van biogasinstallaties is echter evenmin evident. Dit werd reeds uitvoerig besproken in de gevalstudie in hoofdstuk 7.
9.3.3
Energetisch rendement
Biogas heeft het voordeel dat via een WKK zowel elektriciteit als warmte kan gegenereerd worden. Het elektrisch rendement bedraagt ongeveer 40% en het thermisch rendement ongeveer 50%. Dit brengt het totaal energetisch rendement op ongeveer 90%. In de gewone types zonnecellen bedraagt het energetisch rendement slechts 6 tot 16%. In laboratoriumtests wordt intussen een rendement van ongeveer 25% gehaald met de allerbeste (en allerduurste) zonnecellen. Het maximaal re¨eel rendement voor een windmolen bedraagt ongeveer 45%. Dit ligt hoger dan het elektrisch rendement van een biogasinstallatie. Maar de draaiuren voor een biogasinstallatie bedragen op jaarbasis ongeveer 7.500 ` a 8.000 uren, terwijl een windmolen slechts 2.000 draaiuren heeft.
9.3.4
Andere factoren
Hoewel zonne-energie de laagste energetische output genereert, heeft deze technologie toch een aantal niet te verwaarlozen voordelen. Van de drie technologie¨en is zonne-energie het gemakkelijkst te implementeren. Er kunnen zowel standaardmodellen als maatwerk ge¨ınstalleerd worden. Daarnaast is zonne-energie volledig geluidloos. Het brongeluid bij een windturbine daarentegen bedraagt ongeveer 100 dBa dat pas na 200 m verwaarloosbaar is. Zonne-energie is de meest eenvoudige technologie naar onderhoud toe en er is, tenzij voor veldopstelling, geen vergunning vereist. Dit maakt de administratieve weg heel wat korter in vergelijking met wind en biogas. Tot slot is zonne-energie een technologie die volledig beheerst wordt. Bij implementatie zijn hieraan dus weinig risico’s verbonden. Dit aspect speelt biogas nog vaak parten. Niet alle technologie¨en zijn reeds even goed begrepen of al rendabel. Zo is thermofiele vergisting een delicaat proces, waarbij een grondige kennis en opvolging van de procesparameters vereist is.
9.3.5
Besluit
Zoals in bovenstaande paragrafen duidelijk tot uiting komt, hebben de drie technologie¨en elk hun voor- en nadelen. Belangrijk is om in te zien dat ´e´en technologie niet de oplossing kan zijn voor het invullen van de hernieuwbare energiedoelstelling. Het verhaal van hernieuwbare energie in Vlaanderen is een en-en-verhaal. Enkel de combinatie van de verschillende technologie¨en kan Vlaanderen in staat stellen om in 2020 de doelstelling van 13% van haar energiebehoefte uit hernieuwbare bronnen te voorzien.
Hoofdstuk 10
Biogas - een betrouwbare en flexibele energiebron De doorbraak van biogas op de elektriciteitsmarkt zal ongetwijfeld versnellen wanneer de rendabiliteitsproblemen en de acceptatie op de markt overwonnen worden. Deze versnelling is reeds merkbaar ten gevolge van het groeiend aandeel hernieuwbare energiebronnen in de mondiale energievoorziening, inclusief de vraag naar betrouwbaarheid van energievoorziening. De snelheid waaraan biogas de markt kan intreden is in hoge mate afhankelijk van het cre¨eren van een bevorderlijk nationaal, politiek en economisch kader. Volgens Holm-Nielsen et al. (2007) kan 25% van alle geproduceerde bio-energie in de toekomst geproduceerd worden door biogas afkomstig van natte organische materialen zoals dierlijke mest, kuilvoeder - zoals kuilgras en snijma¨ıs - en natte organische voedsel- en veevoederresidu’s. In dit hoofdstuk worden de belangrijkste maatschappelijke en economische voordelen van het gebruik van biogas toegelicht, naast een aantal knelpunten waar biogas nog steeds mee te kampen heeft.
10.1
Maatschappelijke en economische voordelen
Biogas heeft duidelijke voordelen, zelfs vergeleken met andere alternatieven voor hernieuwbare energie. Zo kan biogas geproduceerd worden wanneer nodig en gemakkelijk opgeslagen worden. Het kan verdeeld worden via het bestaande aardgasnet en gebruikt worden in dezelfde toepassingen als aardgas. Naast het gebruik van biogas voor de productie van elektriciteit en warmte, kan biogas fossiele brandstoffen vervangen in de transportsector. De toekomstige ontwikkelingen van biogas uit co-digestie van mest en energiegewassen houdt ook het gebruik in van zowel de toevoer van nieuwe types materiaal zoals bijproducten van de voedselindustrie, bioslurrie van de biobrandstofproductie als de biologische degradatie van toxische organische afvalstromen van de farmaceutische industrie. Nauwgezette procescontrole door 57
HOOFDSTUK 10. BIOGAS - EEN BETROUWBARE EN FLEXIBELE ENERGIEBRON
58
on-linemetingen van belangrijke parameters zal het proces optimaliseren, de kwaliteit van de eindproducten garanderen en de biogasopbrengst maximaliseren. Het reduceren van de kapitaalkosten en de operationele kosten zijn daarnaast de doelstellingen voor de toekomstige ontwikkeling van biogassystemen. Biogas is een technologie die bijgevolg over het potentieel beschikt om een bijdrage te leveren aan zowel maatschappelijke, economische als milieugerelateerde aspecten. De legislatieve kant van deze aspecten werd reeds toegelicht in tabel 4.1 in hoofdstuk 4.
10.1.1
Landbouw
Het gebruik van de drie biomassastromen (mest, energiegewassen en bijproducten van de agro- en bio-industrie) levert rechtstreeks volgende voordelen voor de landbouwer:
Mest Een middelgrote vergistingsinstallatie, zoals deze in de gevalstudie, verwerkt op jaarbasis ongeveer 10.000 ton mest. Zo kunnen de 50 biogasinstallatie die tegen eind 2010 gepland, uitgaande dat de gemiddelde installatie van middelgrote omvang is, 500.000 ton mest verwerken. Om de vooropgestelde doelstellingen (tabel 4.1) te behalen vereiste de overheid een standstill in de landbouw, maar economisch is dit geen haalbare oplossing. Een biogasinstallatie biedt de mogelijkheid om mest op een directe, effici¨ente en betaalbare manier te verwerken, waardoor landbouwbedrijven economisch leefbaar blijven. Door de betaalbare manier van mestverwerking via vergisting kunnen Vlaamse kwekers hun concurrentiepositie handhaven ten opzichte van hun buitenlandse concurrenten. Daarnaast laat de vergiste mest zich beter scheiden in een droge en een natte fractie dan nietvergiste mest. Via een centrifuge/decanter kan ook een goede afscheiding van de fosfaatfractie verkregen worden, terwijl de natte fractie de meeste stikstof in ammoniale vorm (N-NH4 ) bevat. Hierdoor kan beter worden ingespeeld op de behoefte van de afzetmarkt van de mest. Ten slotte sluit vergiste mest beter aan bij andere mestverwerkingstechnieken, zoals bijvoorbeeld omgekeerde osmose en biologische mineraalverwijdering. Essentieel hierbij is dat de mineralenstroom beter kan worden gestuurd en beheerst, zowel wanneer de mest (deels) binnen het eigen bedrijf kan worden toegepast, als wanneer ze moet worden afgevoerd (biogas.nl, 2010). Doordat vergiste mest een goede bemestingwaarde heeft en minder ziekteverwekkende pathogeen en onkruidzaden bevat, is het een veel waardevollere stof voor een afnemer dan gewone mest.
Energiegewassen ’Door de economische crisis hebben de graanprijzen in ons land het dramatisch lage niveau van 1946 bereikt’ (Busschaert, 2009). In augustus 2009 kostte een ton tarwe slechts 92 euro. Als de prijs dit lage niveau aanhoudt, is de situatie zwaar verlieslatend voor de Belgische telers.
HOOFDSTUK 10. BIOGAS - EEN BETROUWBARE EN FLEXIBELE ENERGIEBRON
59
Deze lage graanprijzen in combinatie met de dalende landbouwsubsidies veroorzaken steeds meer economische moeilijkheden voor de Vlaamse landbouwers. Door het verbouwen van energiema¨ıs op braakliggende gronden kunnen de landbouwers zich verzekeren van extra inkomen. De verwerking van energiegewassen in biogasinstallaties levert een verzekerd inkomen op door de productie van groene stroom en groenestroomcertificaten (Eco-projects 2009).
Organische en biologische afvalstromen In het verleden werden deze nevenproducten - zoals groentenresten - verwerkt in veevoeding, maar wegens de strenge regulering en de afgelopen crisissen (BSE, mond- en klauwzeer, dioxinecrisis) is dit geen vanzelfsprekendheid meer. Anaerobe vergisting van deze producten in een biogasinstallatie kan een alternatieve verwerkingsmethode zijn voor stromen (Biogas-E, 2010). De mogelijkheid bestaat om van deze producten op een industri¨ele manier een energiemix te maken met een gekende biogasopbrengst. Op die manier is de biogasopbrengst en het proces van vergisting beter te beheersen.
Imago Het imago van de landbouwer staat onder grote druk, zowel in Belgi¨e als daarbuiten. Dit komt mede doordat er in de EU een voedseloverschot is. Door de globalisering zijn consumenten niet langer afhankelijk van de regionale-, landelijke- of EU-productie. Dit in tegenstelling tot het verleden, wanneer men rechtstreeks afhankelijk was van de landbouwers. Daarnaast wordt vaak met een beschuldigende vinger gewezen naar landbouwbedrijven wanneer milieuschade vastgesteld wordt. Wanneer de landbouwer niet alleen voedsel zou produceren, maar ook een energiebouwer wordt die schone en duurzame energie produceert met een positief effect op het milieu, wordt de maatschappij weer afhankelijk van de landbouwbedrijven.
10.1.2
Mobiliteit
Mesttransport over lange afstanden wordt beperkt door de decentralisatie die het gevolg is van de inplanten van lokale biogasinstallaties in gebieden met de hoogste mestoverschotten. Dit is een ontlasting van de reeds overbelaste Vlaamse wegen. Uit de cijfers van de Mestbank blijkt dat in het hoogseizoen (april/mei en juli/augustus) dagelijks 5.200 mesttransporten worden uitgevoerd door middel van vrachtwagens, vooral vanuit de gevoelige gebieden zoals West-Vlaanderen naar de provincies Vlaams-Brabant en Limburg. Door de decentralisatie kan dit transport met 94% verminderd worden (Eco-Projects, 2009).
10.1.3
Recyclage van afvalstoffen met natuurvriendelijke energierecuperatie
Biogasinstallaties spelen een belangrijke rol bij het verlagen van de CO2 -uitstoot, aangezien de energie die opgewekt wordt niet uit fossiele brandstoffen gehaald moet worden. Per installatie
HOOFDSTUK 10. BIOGAS - EEN BETROUWBARE EN FLEXIBELE ENERGIEBRON
60
(20.000 MWh) wordt 7.400.000 kilo CO2 minder uitgestoten per jaar. Dit komt overeen met een equivalente besparing van 740 ha bos per jaar (Eco-projects, 2009). Door de grootschalige toepassing van fossiele brandstoffen stijgt de concentratie CO2 in de atmosfeer (het broeikaseffect). Biomassa is een brandstof die CO2 -neutraal is: planten en bomen nemen tijdens hun groei CO2 dat weer vrijkomt bij de verbranding. Daarnaast volgt de productie van biogas de principes van cradle-to-cradle, aangezien geen afvalstromen ontstaan. Elk product dat ontstaat is een grondstof voor een ander proces en wordt nuttig aangewend. Sommige organisch-biologische afvalstromen zijn namelijk niet of minder geschikt als veevoeder. Deze stromen worden heden direct gebruikt op het land (wat verboden is volgens Vlarea), gecomposteerd of verbrand. In een vergistingsinstallatie wordt nog energie gerecupereerd en wordt er een waardige meststof geproduceerd die wel via de Vlarea erkend is. Een kwaliteitssysteem kan de zekerheid geven op een kwalitatief goed digestaat (Biogas-E, 2010). De mest die in de biogasinstallatie vergist wordt, is een prima, homogeen eindproduct. Een groot deel van organisch gebonden stikstof is omgezet in de minerale vorm (NH4 ), waardoor de vergiste mest zich meer gedraagt als stikstof-kunstmest, met andere woorden de mest komt sneller en beter beschikbaar voor de plant. Vergiste mest heeft geen nacompostering nodig van de vaste fractie, waardoor achteraf geen nitraatvorming en stikstofverlies optreedt. Bij vergiste mest komt weinig tot geen blad- en wortelverbranding voor (Biogas-E, 2010). In tegenstelling tot composteren, leidt het vergisten van organisch afval tot de netto productie van energie. Op deze manier wordt een extra uitstoot van CO2 vermeden in vergelijking met de oxidatieve afbraak bij compostering (Biogas-E, 2010). Daarnaast heeft Vlaanderen als doelstelling om in 2010 6% van het elektriciteitsverbruik afkomstig te laten zijn van hernieuwbare energiebronnen. Een biogasinstallatie zoals in de gevalstudie produceert op jaarbasis ongeveer 9.000 MWh elektriciteit. Dit is voldoende om ongeveer 2.500 gezinnen van stroom te voorzien. De 50 voor de landbouw geplande installaties zouden volgend Eco-projects (2009) samen bijna 1 TWh opwekken, waarmee 200.000 gezinnen of 10% van alle gezinnen in Vlaanderen van stroom kunnen voorzien worden.
10.1.4
Beperking van methaanemissies uit afval- en mestopslag
Het uitrijden en injecteren van vergiste mest heeft een aanzienlijk lagere emissie en de geuroverlast wordt aanzienlijk verminderd. Daarnaast wordt bij de langdurige opslag van afval en mest reeds methaan gevormd. Deze komt meestal gewoon in de atmosfeer terecht. Methaan is een gas dat als broeikasgas 21 keer sterker is dan koolstofdioxide. Via het vergisten worden deze emissies niet alleen vermeden, maar het methaan wordt daarenboven nog gebruikt om opnieuw energie uit te produceren (Biogas-E, 2010).
10.1.5
Vermindering emissies naar grond- en oppervlaktewater
In het digestaat komen de stikstofverbindingen grotendeels voor als ammonium en wordt een deel van de fosfaatverbindingen beter beschikbaar gemaakt voor de plant. Op gebied van nu-
HOOFDSTUK 10. BIOGAS - EEN BETROUWBARE EN FLEXIBELE ENERGIEBRON
61
tri¨entenbeschikbaarheid is de werking van digestaat aldus te vergelijken met die van kunstmest. Hierdoor is de bemesting effici¨enter dan bij het uitspreiden van ruwe mest. De kans op uitspoelen door overbemesting wordt kleiner en er zal minder kunstmest nodig zijn na een basisbemesting met digestaat ten opzichte van basisbemesting met ruwe mest. Aangezien ammonium positief geladen is en zich zo makkelijk aan klei-humus complexen bindt, spoelt het ook minder gemakkelijk uit naar het grondwater dan nitraat (Biogas-E, 2010).
10.1.6
Export
Het digestaat resulteert enerzijds in zuiver water en anderzijds in een vast residu met een hoge nutri¨entenwaarde voor planten. Dit vast residu werd gepasteuriseerd door het gedurende 1 uur op een temperatuur hoger dan 70◦ C te brengen, waardoor het vrij is van pathogenen en onkruidzaden. Deze meststof is zeer gegeerd in de wijnbouw en wordt voornamelijk afgezet in Frankrijk (Christiaens, 2009).
10.1.7
Water
Het water van het digestaat dat gezuiverd wordt kan na filtratie gebruikt worden o.a. voor irrigatie van velden, reiniging van stallen, drinkwater voor het vee en proceswater. Dit water voldoet aan de zeer strenge lozingsnormen van de VLAREM. Dit is bevestigd door onderzoek dat uitgevoerd werd door de Universiteit Gent. Landbouwers moeten hierdoor ook veel minder aanspraak maken op het grondwater (Christiaens, 2009).
10.2
Knelpunten
Natuurlijk zijn er ook potenti¨ele nadelen bij de implementatie van ana¨erobe vergisting. Maar mits een goed design, een passende technologie en een goed management kunnen alle negatieve milieuen economische factoren verminderd of geheel ge¨elimineerd worden. Dat dit effectief ook mogelijk is, wordt bewezen in landen als Denemarken en Duitsland.
10.2.1
Financi¨ eel
De realisatie van een biogasinstallatie vergt een grote investering. De operationele kosten kunnen eveneens groot zijn. De investering is vaak de moeite waard aangezien er een hoog en gegarandeerd rendement te behalen valt. De opbrengsten van de biogasinstallatie worden gevormd doordat een deel van de geproduceerde energie kan gebruikt worden op het bedrijf zelf, waardoor op energiekosten bespaard wordt. De rest van de geproduceerde energie kan in de vorm van groene stroom geleverd worden aan het energienet. Daarnaast zijn er inkomsten uit groenestroom- en warmtekrachtcertificaten. Zoals uit de investeringsanalyse blijkt, is een biogasinstallatie een rendabele investering indien deze goed ontworpen en beheerd wordt.
HOOFDSTUK 10. BIOGAS - EEN BETROUWBARE EN FLEXIBELE ENERGIEBRON
10.2.2
62
Emissies
In de omgeving van de installatie kan zich door de opslag van mest een zekere geuroverlast voordoen. Deze overlast kan echter beperkt worden door aan- en afvoer in gesloten ruimtes die continu afgezogen worden.
10.2.3
Transport
De aanvoer van de grondstoffen voor vergisting en de afvoer van digestaat gebeurt meestal per vrachtwagen. Om deze reden is de ligging van de vergistingsinstallatie belangrijk om de transportafstanden en de hinder zoveel mogelijk te beperken.
10.2.4
Gezondheid en veiligheid
Om risico’s op gebied van gezondheid en veiligheid te vermijden moeten hoge concentraties CO2 , CH4 , H2 S en NH3 vermeden worden. Metingen, afzuigingen en persoonlijke beschermmiddelen kunnen hierbij helpen. Sommige gassen kunnen gemakkelijk verwijderd of omgezet worden. Op hygi¨enisch vlak moet gezorgd worden dat er geen kruisbesmetting kan ontstaan van ziektekiemen en virussen tussen landbouwbedrijven. Bepaalde hygi¨enische maatregelen, zoals gescheiden aanen afvoer, een pasteurisatiestap of een andere evenwaardige hygi¨enisatiestap kunnen deze kansen sterk beperken. Algemeen kan gesteld worden dat een scheiding tussen een hygi¨enische en een onhygi¨enische zone noodzakelijk is, evenals maatregelen bij het overschreiden van de grenzen tussen deze zones (bvb. ontsmetting werktuigen) (biogas.nl, 2010).
10.2.5
Teelt van energiegewassen
De teelt van energiegewassen moet in Vlaanderen concurreren met andere gewassen aangezien het beschikbaar landbouwareaal beperkt is. Er dient echter op gewezen te worden dat de totale massa energiegewassen die gebruikt wordt voor vergistingsinstallaties beperkt is. Zelfs indien bij de huidige capaciteit de invoer bestaat uit 30% energiegewas, dan beslaat de oppervlakte volgens de berekening van Biogas-E vzw (Voorgangsrapport Biogas-E, 2009) slechts 0,8% van het Vlaamse landbouwareaal. Op dit moment is geen 30%, maar minder dan 8% van de invoer van biogasinstallaties energiegewas. De teelt van energiegewassen is in de regel nog vrij in het handelsverkeer en kan dus internationaal verhandeld worden. Het is echter belangrijk om door de teelt van energiegewassen geen voedselschaarste te stimuleren in derde wereld landen, waardoor dit niet de juiste weg. Biogas-E formuleert deze basisgedachte als duurzame energie van eigen bodem. Ten slotte hebben we in Vlaanderen en Europa op dit moment een overproductie aan voedsel met lage prijzen voor landbouwproducten als gevolg. Hierdoor staat de landbouw onder hoge druk. De productie van energie uit biomassa geeft de landbouwsector de kans om de activiteiten uit te breiden naar duurzame energieproductie, zonder daarom in sterke concurrente te treden met de
HOOFDSTUK 10. BIOGAS - EEN BETROUWBARE EN FLEXIBELE ENERGIEBRON
63
voedselproductie. De stabiliteit van inkomsten uit biogasproductie en -valorisatie maakt dit een aantrekkelijke optie (Voortgangsrapport Biogas-E, 2009). Dit jaar moet er een nieuw klimaatakkoord komen om het aflopende Kyotoprotocol op te vangen. Zowel kleine investeerders als olie- en agro-giganten geloven dat energiegewassen binnen dat nieuwe akkoord aan belang zullen winnen, waardoor contracten worden gesloten en grote kapitalen worden ge¨ınvesteerd in de Afrikaanse energielandbouw (Valentino en Ihaddadene, 2010). De Europese Unie wil tegen 2020 tien procent van haar petroleumverbruik vervangen door groene brandstoffen. De Verenigde Staten mikken op vijftien procent tegen 2017. Om deze ambities waar te maken zullen beide economische grootmachten een aanzienlijk deel van de biobrandstoffen moeten invoeren. In Afrika lopen momenteel minstens zeventig biobrandstof-projecten in 28 landen, gefinancierd door een veertigtal Amerikaanse en Europese investeerders. Samen zijn deze projecten goed voor meer dan 2 miljoen hectare (Valentino en Ihaddadene, 2010). De Wereldbank schat dat de bio-energie-industrie tijdens de acute voedselcrisis in 2008 verantwoordelijk was voor 75% van de voedselprijsstijgingen. De toenemende vraag naar granen en landbouwgrond voor voedsellandbouw en energiegewassen jaagt de prijzen de hoogte in. De Afrikaanse landen bevinden zich dus in een tweestrijd. Ze willen enerzijds mee profiteren van de beloften die energiegewassen inhouden, anderzijds willen ze de belangen van de lokale gemeenschappen niet in het gedrang brengen (Valentino en Ihaddadene, 2010).
Deel V
Potentieelstudie
64
Hoofdstuk 11
Inventarisatie van inputstromen 11.1
Doelstelling en werkwijze
In Europa is Duitsland met ongeveer 4000 operationele biogasinstallaties de koploper op vlak van het aantal ge¨ınstalleerde biogasinstallaties. In Duitsland wordt biogas net als in Vlaanderen voornamelijk geproduceerd op basis van mest, organisch afval van huishoudens, voedsel- en agroindustrie en in het bijzonder gecultiveerde energiegewassen. Dit resulteert in energie-onafhankelijke dorpen, een concept waarin Duitsland sterk het voortouw neemt. Op termijn kan dit betekenen dat Duitsland volledig onafhankelijk wordt van fossiele en kernenergie. In deze potentieelstudie wordt onderzocht in hoeverre Vlaanderen onafhankelijk kan worden van fossiele en kernenergie op basis van zijn biomassa-stromen. Een potentieelstudie voor biogas in Vlaanderen kan vanuit drie uitgangspunten benaderd worden. Ten eerste kan uitgegaan worden van de theoretische haalbaarheid op basis van de biomassa die ter beschikking is. Dit betekent dat al deze organisch-biologische stromen dienen gesommeerd te worden in verhouding tot hun biogasopbrengst. Een tweede uitgangspunt is het technische potentieel dat zich voornamelijk richt op de haalbaarheid van de voorgenomen technische uitvoering (het daadwerkelijk bouwen) van de biogasinstallaties in functie van de verscheidenheid aan biomassastromen die aangeleverd worden. Zo is het op labo-schaal perfect mogelijk veren uit slachterijen van pluimvee te vergisten. De condities waaronder deze vergisting gebeurt dienen echter goed gecontroleerd te worden, waardoor de technische haalbaarheid op industri¨ele schaal twijfelachtig is. Ten slotte is er het maatschappelijk potentieel. Hierbij worden ethische kwesties aangehaald zoals ’food vs fuel’ en dient afgewogen te worden in hoeverre de maatschappij dient bij te dragen in het rendabel maken van deze nieuwe technologie door middel van overheidssubsidies. Binnen deze potentieelstudie wordt gewerkt op basis van het eerste en tweede uitgangspunt. De organische-biologische afvalstromen binnen Vlaanderen worden geanalyseerd. Dit analyseren bestaat uit het inschatten van de hoeveelheid die beschikbaar is voor elke stroom en de biogasopbrengst voor deze stroom. Van belang hierbij is de juridische haalbaarheid, dit wil zeggen dat er onderzocht moet worden of de voorgenomen te vergisten biomassa niet in strijd is met wettelijke bepalingen en regelgeving. Daarnaast dient de economische en financi¨ele haalbaarheid van 65
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
66
een biomassastroom onderzocht te worden in relatie tot de budgetten die zijn vastgelegd in de investeringsopzet in relatie tot de mogelijke opbrengsten en exploitatiekosten. Een dergelijke investeringsanalyse is uitgewerkt in hoofdstuk 6 en wordt bijgevolg niet verder toegelicht in deze potentieelstudie. Uit gevoeligheidsanalyses blijkt dat de inputstromen doorslaggevend zijn voor de rendabiliteit van biogasinstallaties. Bijgevolg dient duidelijk een afweging gemaakt te worden tussen de steeds stijgende kosten voor het innemen van de producten enerzijds, en de opbrengst uit de producten anderszijds (Voortgangsrapport Biogas-E, 2009). Ten slotte dient ook de functionele haalbaarheid ge¨evalueerd te worden. Door er voor te zorgen dat het biogasproject in alle opzichten functioneel beantwoordt aan de wensen en eisen van de toekomstige gebruiker en eigenaren, maar ook aan de eisen die de omgeving (bijvoorbeeld inzake geur- en transporthinder) stelt, wordt de functionele haalbaarheid vastgesteld. Het maken van een functioneel ontwerp is hierbij een goed (communicatie)middel. Het uitwerken van een functionele haalbaarheidsstudie valt echter buiten het bereik van deze masterproef. Binnen dit uitgangspunt wordt gewerkt met verschillende scenario’s. Om de verschillende scenario’s op te bouwen, worden telkens een aantal aannames gedaan betreffende de verschillende organische inputbronnen voor anaerobe vergisting via co-fermentatie. Sommige van deze aannames zijn gestaafd op bestaande literatuurgegevens, andere aannames zijn wegens het ontbreken van referenties grove schattingen. De drie scenario’s gaan uit van ten eerste, een minimaal haalbaar scenario, zoals deze nu reeds bestaat of zonder extra moeite haalbaar zou moeten zijn, ten tweede, een praktische realiseerbaar scenario dat met een extra inspanning zeer realistisch is voor Vlaanderen en ten slotte, een maximaal scenario binnen de grenzen van het realiseerbare. Bij vergisting worden in principe voor elke stroom groenestroomcertificaten toegekend. Niet elke stroom leent zich tot echter vergisting. Bovendien moeten de inputstromen bij vergisting voldoen aan de voorwaarden van het VLAREA (Hoofdstuk 4, secundaire grondstoffen) en dient men steeds in het achterhoofd te houden dat deze vergisting gebeurt met het oog op het produceren van een bodemverbeterend middel (VREG, 2010). Van nature kunnen alle landbouwkundige gewassen gebruikt worden voor biogasproductie als de gewassen niet gelignificeerd zijn en een hoge droge stof opbrengst per hectare hebben. De fermentatie van mest alleen resulteert in relatief lage biogasopbrengsten, maar het heeft een positief effect op het stabilisatieproces door zijn hoge buffercapaciteit en zijn hoog gehalte aan sporenelementen. Om de biogasopbrengst te verhogen functioneren de meeste biogasinstallatie op basis van co-fermentatie van mest samen met niet-landbouwgerelateerde organische afvalstromen, oogstresidu’s en energiegewassen (Weiland 2006). Enkele typische gewassen die geschikt zijn voor biogasproductie zijn ma¨ıs, graan, voederbieten, suikerbieten, klaver, grassen en zonnebloem (Weiland 2006). De biogasopbrengst van deze verschillende substraten is afhankelijk van het type en de concentratie van organische materie.
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
11.2
67
Energiegewassen
Voorbeelden van energiegewassen zijn energiema¨ıs, koolzaad en suikerbieten. Naast de biogasopbrengst per ton is ook de potenti¨ele opbrengst per hectare en de teeltkosten van belang. Zo moeten bepaalde producten, zoals bieten en aardappelen, na de oogst nog behandeld worden vooraleer zij de vergistingsinstallatie in kunnen. Dergelijke voorbehandeling betreft voornamelijk verwijderen van aarde en verkleinen van het materiaal. Ma¨ıs en raaigras vormen in Duitsland gewilde inputstromen voor vergisting. De biogasopbrengst van deze gewassen is hoog, de teeltkosten matig en na oogst zijn deze gewassen direct klaar voor gebruik en kunnen zij daarnaast ook gemakkelijk voor lange tijd bewaard worden door in te kuilen (Naeyaert, 2007). Energiegewassen voor anaerobe vergisting kunnen van verschillende aard zijn. Het gewas dat echter op de meeste aandacht kan rekenen is ma¨ıs. Naast een hoge gasopbrengst, dient een landbouwgewas aan vier belangrijke voorwaarden te voldoen om in aanmerking te komen voor biogasproductie. Ten eerste is een hoge biomassaproductie per eenheid oppervlakte vereist. Dit dient gepaard te gaan met lage teeltkosten, een goede afbreekbaarheid in het anaeroob proces en een goede bewaarbaarheid (Energiebouw Vlaanderen, 2010). Dit maakt dat op dit moment grasachtige het meest voor de hand liggend zijn voor energiebouw. Vooral ma¨ıs is een veelbelovend gewas.
11.2.1
Vergelijkende studie voor energiegewassen
Energiebouw Vlaanderen (2010) heeft een potentieelberekening uitgevoerd om na te gaan wat de mogelijkheden in Vlaanderen zijn voor energieproductie door anaerobe vergisting van landbouwgewassen. Het doel van deze potentieelberekening is nagaan wat de mogelijkheden in Vlaanderen zijn voor energieproductie door anaerobe vergisting van landbouwgewassen. Er werd voornamelijk van uitgegaan dat de Vlaamse landbouwer in eerste instantie zal kiezen voor het telen van gekende gewassen voor de vergisting ervan. In deze masterthesis wordt ter illustratie van hetzelfde principe uitgegaan. Het totale areaal dat als dusdanig in aanmerking kan komen voor energiebouw door anaerobe vergisting wordt weergegeven in tabel 11.1 en is gebaseerd op de landbouwgegevens uit 2009 opgesteld door de Federale Overheidsdienst Economie voor het Vlaamse Gewest. Naast het areaal van landbouwgewassen die in aanmerking komen voor de productie van biogas, wordt ook braakland opgenomen. Het gehele landbouwareaal is echter niet beschikbaar voor energiebouw. Daarom wordt door Energiebouw Vlaanderen de biogaspotenti¨elen van deze gewassen berekend voor 5% benutbaar areaal voor louter energiebouw en ook voor 15% en 25% van het areaal. In deze studie wordt geschat dat 1 ton met een gemiddelde samenstelling uit tabel 11.1 een elektrische opbrengst geeft van 0,40 MWh. Naast een elektrische opbrengst is er bij gebruik van een WKK ook een thermische opbrengst die typisch een factor 1,1 ` a 1,2 hoger ligt dan het elektrisch potentieel (Sys, 2010). In tabel 11.2 worden de resultaten voor de verschillende elektrische opbrengsten weergegeven. Het gemiddeld energieverbruik van een Vlaams gezin bedraagt 3.500 kWh/jaar. Dit betekent dat voor de 3 verschillende scenario’s op basis van eigen berekeningen aan de energiebehoefte van respectievelijk 58.571, 176.257 en 293.714 gezinnen kan voldaan worden door middel van biogas-
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
68
Tabel 11.1: Totale areaal aan landbouwgewassen dat in aanmerking kan komen voor energiebouw in Vlaanderen (Federale Overheidsdienst Economie)
Teelten
Aard van de opbrengst
Oppervlakte (ha)
Opbrengst (100 kg per ha)
Productie (ton)
73.358
Vochtig geoogste korrelma¨ıs Drooggeoogste korrelma¨ıs
korrel stro korrel stro korrel stro korrel stro korrel stro korrel korrel
30.695 35.923
88,3 43,5 70,8 35,4 49,4 35,8 78,3 36,3 58,1 31,5 121,5 117,0
647.841 319.388 7.310 3.657 1.285 931 94.601 43.892 8 051 4.368 373.016 420.196
2. Nijverheidsgewassen Suikerbieten
wortelen
22.218
697,0
1.548.586
3. Voedergewassen Voederbieten Voederma¨ıs - volledige plant
wortelen groene massa
3.144 114.644
1.018,0 496,6
320.064 5.693.374
4. Grasland Tijdelijk grasland Blijvend grasland
droge stof droge stof
50.344 70.866
74,8 59,1
376.722 418.724
1. Granen voor de korrel Wintertarwe Zomertarwe Rogge Wintergerst Zomergerst
1.032 260 12.080 1.385
5. Braakland 12.319
productie op basis van de huidige teelten. Deze resultaten stemmen in grootteorde overeen met de resultaten van het project Energiebouw Vlaanderen. Het percentage van de netto energieproductie in Vlaanderen is gebaseerd op een totale elektriciteitsproductie in Vlaanderen van 47 550 GWh/jaar. Dit zijn cijfers van het VREG in 2004. Hierdoor wordt op basis van de eigen berekeningen in respectievelijk van de Vlaamse elektriciteitsbehoefde voorzien.
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
69
Tabel 11.2: Elektriciteitsproductie bij 5%, 15% en 25% inzet van het areaal dat in aanmerking komt voor energiebouw 5% van het areaal wordt ingezet voor energiebouw Berekening Energiebouw Vlaanderen Biomassa 514.100,3 ton/ jaar 852 270,5 ton/jaar Elektriciteitsproductie 205,6 GWh/jaar 348,88 GWh/jaar Thermische energie 236,4 GWh/jaar niet beschikbaar Aantal gezinnen 58.571 >90.000 % van netto elektriciteitsproductie 0,43% 0,73% 15% van het areaal wordt ingezet voor energiebouw Berekening Energiebouw Vlaanderen Biomassa 1.542.300,9 ton/ jaar 2.323.161,5 ton/jaar Elektriciteitsproductie 616,9 GWh/jaar 939,3 GWh/jaar Thermische energie 709,4 GWh/jaar niet beschikbaar Aantal gezinnen 176,257 >268.000 % van netto elektriciteitsproductie 1,30% 2,20% 25% van het areaal wordt ingezet voor energiebouw Berekening Energiebouw Vlaanderen Biomassa 2.570.501,5 ton/ jaar 3.794.052,6 ton/jaar Elektriciteitsproductie 1028,2 GWh/jaar 1 529,7 GWh/jaar Thermische energie 1182,4 GWh/jaar niet beschikbaar Aantal gezinnen 293.714 >437.000 % van netto elektriciteitsproductie 2,16% 3,67%
11.2.2
Energiegewassen voor de integrale potentieelstudie
Voor de integrale potentieelstudie wordt in deze masterproef echter van uitgegaan dat respectievelijk 2%, 5% en 8% van het totale Vlaamse landbouwareaal, inclusief braakgronden, wordt gebruikt voor de teelt van energiema¨ıs in plaats van de gewassen die momenteel geteeld worden. Gebruik van gewassen die geselecteerd worden voor energieproductie geeft de mogelijkheid om het beschikbaar areaal effici¨enter te gebruiken in functie van een maximale energieopbrengst. Het totale aangegeven areaal landbouwgrond in Vlaanderen in 2008 bedroeg 682.495 ha. Dit is een toename van ongeveer 4.600 ha ten opzichte van het totale landbouwareaal in 2007, zoals gerapporteerd in het Voortgangsrapport 2008. De opbrengst van energiema¨ıs bedraagt 60 ton/ha, waarbij vergisting 180 Nm3 /ton biogas oplevert. Dit in acht genomen leveren de drie scenario’s respectievelijk 147.106 Nm3 biogas, 369.106 Nm3 biogas en 590.106 Nm3 biogas op.
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
11.3
70
Biomassa-afvalstromen of bijproducten van de agroen bioindustrie
Deze bijproducten zijn strikt gelimiteerd. Het gaat om producten zoals schillen, pitten, slib uit filters, hetgeen niet meer in de agro- en/ of bio-industrie zelf verwerkt kan worden. Deze producten kunnen op een industri¨ele locatie vooraf gemengd tot een energiemix. Dit kunnen ook bepaalde groenresten van steden en gemeenten zijn (Eco-Projects, 2010). De biogasopbrengst per ton afvalstof is sterk afhankelijk van het type afvalstof, zoals ook blijkt uit figuur 11.1. De typische afvalstromen die op landbouwbedrijven voorkomen (spruitstokken, prei-afval, afgestokte witloofwortelds,. . . ) hebben eerder een beperkte biogasopbrengst. Toch kan het verwerken van deze afvalstoffen in een vergistingsinstallatie een extra valorisatie van dit afvalbeteken (Naeyaert, 2007) en kunnen de bio-afvalstromen in hun geheel leiden tot een significantie biogasopbrengst zoals uit de potentieelstudie zal blijken. Daarnaast zijn de afvalstoffen doorgaans goedkoper dan de energiegewassen. Het verwerken van sommige afvalstoffen (zoals slib) kan zelfs een extra inkomen genereren.
Figuur 11.1: Biogasopbrengst van uiteenlopende types biomassa (Naeyaert, 2007)
Dit maakt dat meer dan 70% van de invoerstromen rechtstreeks afkomstig zijn uit de landbouw. De overige 30% zijn afkomstig uit de voedsel- en voederindustrie. (vb. aardappelschilen, pitten, korsten,. . . ). Het combineren van deze drie stromen is van belang om een optimale C/N verhouding te bekomen om de biogasopbrengst te maximaliseren (Eco-Projects, 2010). De inschatting van de hoeveelheden biomassa-afvalstromen die beschikbaar zijn voor vergisting worden gebaseerd op de inventarisatie van biomassa opgesteld door OVAM (2005). Deze inventarisatie kadert in het Actieplan Groene Stroom van de Vlaamse Regering, meer bepaald het Actieplan voor het wegwerken van juridische en praktische belemmeringen die zich kunnen voordoen in het kader van de realisatie van de groenestroomdoelstelling. Voor bepaalde biomassa-afvalstromen bestaat er een spanningsveld tussen de verwerkingsmetho-
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
71
den richting materiaalrecyclage versus energierecuperatie. Beide markten vragen kwaliteitsvolle afvalstromen waar liefst reeds een uitgebouwd logistiek circuit voor bestaat. De stimulering via de groenestroomcertificaten stuurt de markt voor bepaalde afvalstromen richting energierecuperatie. Hierdoor kunnen belangrijke eigenschappen van de organisch-biologische afvalstoffen verloren gaan, zoals de organische stof, de nutri¨enten, de CO2 -vastlegging en het grondstofaanbod voor sectoren als spaanplaatindustrie, diervoeding, papierindustrie,. . . Een stabiel evenwicht moet zich vormen. Het Vlaams afvalstoffenbeleid, o.a. vastgelegd in het Decreet van 2 juli 1981 betreffende de voorkoming en het beheer van afvalstoffen, kiest volgens de hi¨erarchische principes, gebaseerd op de ladder van Lansink, voor materiaalrecyclage (inclusief vergisting) boven verbranding met energierecuperatie. Wanneer stromen voor materiaalrecyclage in aanmerking komen en de energetische valorisatie niet past binnen het betrokken uitvoeringsplan, worden volgens het besluit van de Vlaamse Regering van 5 maart 2004 geen groenestroomcertificaten toegekend. Daardoor worden de stromen die in aanmerking komen voor materiaalrecyclage en die volgens het betrokken uitvoeringsplan niet bestemd zijn voor energetische valorisatie, niet aangemoedigd door groenestroomcertificaten om naar de energiemarkt te gaan (OVAM, 2010).
11.3.1
Huishoudelijke afvalstoffen
Groenafval afkomstig van particuliere tuinen In 2004 bedroeg de totale hoeveelheid selectief ingezameld groenafval 541.687 ton, waarvan 69% gemengd tuinafval, 28% snoeihout en 3% houtafval (OVAM, 2005). Vergisting van deze stroom in zijn totaliteit is technisch niet mogelijk gezien de grote hoeveelheid hout die hierin aanwezig is. Enkel de stroom gemengd tuinafval komt in aanmerking om te verwerken via anaerobe vergisting. Deze stroom bedraagt in zijn totaliteit 373.764 ton. Voor de drie verschillende scenario’s wordt verondersteld dat respectievelijk 20%, 40% en 60% van de 373.764 ton vrijkomt voor anaerobe vergisting. De biogasopbrengst voor gemengd tuinafval bedraagt 111 Nm3 /ton. Dit zijn praktijkgegevens van de installatie in Igean waar GFT wordt verwerkt (Vanderweyer et al., 2008).
Huishoudelijk GFT-afval, gescheiden ingezameld In 2004 werd in totaal 326.500 ton GFT selectief ingezameld. Hiervan werd 70.000 ton vergist. Het vergisten van 70.000 ton levert een elektrisch vermogen van 2770 kWe (OVAM, 2005). Voor de scenario’s wordt uitgegaan van anaerobe verwerking van 70.000 ton voor het minimale scenario, 50% of 163.250 ton voor het praktisch realiseerbaar scenario en 80% of 261.200 ton voor het maximale scenario. Voor de biogasproductie wordt gerekend met 111 Nm3 biogas/ton (Vanderweyer et al., 2008). Vanderweyer et al. (2008) baseren dit cijfer op praktijkgegevens van de installatie in Igean.
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
72
Gebruikte frituurvetten en -oli¨ en van huishoudelijke oorsprong (GFVO) In Vlaanderen wordt ongeveer 4.800 ton GFVO van huishoudelijk oorsprong ingezameld. Slechts een deel van de GFVO vallen onder het toepassingsgebied van de Europese verordening (EG) nr 1774/2002 van het Europees Parlement en de Raad van 3 oktober 2002 tot vaststelling van de gezondheidsvoorschriften inzake niet voor menselijke consumptie bestemde dierlijke bijproducten en mogen niet vergist worden. GFVO die afkomstig zijn van huishoudelijk/particulier en die bestemd zijn voor dierenvoeding of compostering en vergisting, vallen volgens deze verordening onder de definitie van keukenafval en etensresten. Keukenafval en etensresten niet afkomstig van internationale transporten vallen onder categorie 3-afval. Voor deze gebruikte frituurvetten en -oli¨en (GFVO) kunnen groenestroomcertificaten worden bekomen voor vergisting. GFVO die niet zuiver plantaardig zijn en die niet afkomstig zijn van de voedingsmiddelenindustrie, vallen namelijk onder het verbrandingsverbod (VREG, 2010). Momenteel wordt het grootste gedeelte echter uitgevoerd met als bestemming de oleochemie en de productie van biodiesel. Hierbij dient opgemerkt dat de afvalverwerkingshi¨erarchie dient gerespecteerd te worden. Als de oli¨en kunnen gerecycleerd en hergebruikt worden, heeft dit voorrang op energetische valorisatie. Om die reden zal voor de drie scenario’s respectievelijk 5%, 10% en 50% van de jaarlijks 4.800 ton ingezamelijke GFVO als inputstroom voor vergisting gebruikt worden. De biogasopbrengst van deze GFVO is heel hoog, namelijk 960 Nm3 /ton (Weiland, 2006).
Organisch-biologische fractie van het restafval Onder restafval wordt de organische fractie verstaan die zich nog in de huisvuilzakken bevindt. Indien er meer doorgedreven selectief zou ingezameld worden, zou op die manier 150.000 ton GFT extra beschikbaar komen (Vanderweyer et al., 2008). Voor de verschillende scenario’s wordt aangenomen dat van deze geschatte 150.000 ton GFT respectievelijk 10%, 15% en 20% ter beschikking komt voor anaerobe vergisting. Ook hier wordt gewerkt met een biogasopbrengst van 111 Nm3 /ton.
11.3.2
Bedrijfsafvalstoffen
Groenafval OVAM beschikt nog niet over de gegevens omtrent de hoeveelheden groenafval die geproduceerd worden. Een groot gedeelte van deze stroom bevat echter snoeihout. Dit maakt het groenafval niet geschikt voor vergisting. Deze stroom wordt dan ook verder niet in rekening gebracht.
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
73
(Berm)maaisel Enerzijds gaat het over bermaaisel afkomstig van bermen onderworpen aan het Bermbesluit (zowel water- als wegbermen), anderzijds gaat het ook over maaisel met een gelijkaardige samenstelling, afkomstig van het beheer van bepaalde natuurgebieden en (publieke) groendomeinen. Er is voor (berm)maaisel een groot verschil tussen de geraamde hoeveelheden en de werkelijk vrijgekomen hoeveelheden. Een groot deel wordt wellicht niet afgevoerd en blijft, in strijd met het Bermbesluit, op de berm achter. Bermbesluit (Artikel 3) ”Begraasde bermen mogen niet v´ o´ or 15 juni gemaaid worden. Een eventuele tweede maaibeurt mag slechts uitgevoerd worden na 15 september. Het maaisel dient verwijderd te worden binnen de tien dagen na het maaien.” Op basis van ramingen in het Actieplan Maaisel wordt een theoretische hoeveelheid maaisel voor de bermen bekomen die varieert tussen 248.438 ton vers gewicht/jaar en 453.610 ton vers gewicht/jaar (OVAM, 2010). In praktijk ligt de totale afgevoerde hoeveelheid bermmaaisel heel wat lager. Dit bermmaaisel kan gebruikt worden als veevoeder, compostering, vergisting,. . . Het is geen gegeerde stroom om via verbrandingsprocessen om te zetten tot energie, aangezien er zich corrosieproblemen kunnen voordoen (OVAM, 2010). Bij composteringsinstallaties levert dit ook typische problemen op. Aangezien het maaisel snel compacteert ontstaan namelijk anaerobe zones. Bij het keren van de compost kan op die manier geurhinder ontstaan. Dit maakt van bermmaaisel een aantrekkelijke stroom voor biogasinstallaties. Indien er van uitgegaan wordt dat, zoals in het Actieplan Maaisel voorop gesteld wordt, 70% van het maaisel wordt opgeraapt, dan is er een aanbod van maaisel dat tussen de 173.907 en 317.527 ton vers gewicht/jaar ligt. Hiervoor is momenteel in Vlaanderen onvoldoende verwerkingscapaciteit (Vandeweyer et al., 2008). Voor de potentieelstudie wordt aangenomen voor de drie scenario’s respectievelijk 30%, 70% en 90% van de gemiddelde hoeveelheid van 245.717 ton verwijderde bermmaaisel in aanmerking komt voor het biogaspotentieel. Voor het biogaspotentieel van bermmaaisel wordt 150 Nm3 biogas/ton gerekend. Dit is een gangbare waarde die in overeenstemming is met literatuurgegevens (Vandeweyer et al., 2008). Hierin kunnen echter zeer grote variaties optreden naargelang standplaats, bodem, seizoen, behandeling en dergelijke. Dit biogaspotentieel wordt als gemiddelde genomen, op voorwaarde dat het maaisel correct afgevoerd en opgeslagen wordt (Vandeweyer et al., 2008).
Gebruikte frituurvetten en - oli¨ en (GFVO) In Vlaanderen wordt 8.000 ` a 9.000 ton GFVO opgehaald, afkomstig van de professionele sector (frituren, restaurants,. . . ). GFVO afkomstig van de voedingsmiddelenindustrie (aardappelverwerkende industrie,. . . ) is beperkt, aangezien in de meeste bedrijven niet met batchsystemen maar met continue systemen wordt gewerkt. In 2000 werd deze hoeveelheid ingeschat op 400 ton (OVAM, 2010). De gebruikelijke bestemmingen van GFVO van de voedingsmiddelenindustrie zijn
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
74
diervoeding, oleochemie, pershoutindustrie en stilaan ook omzetting tot biodiesel. Deze stroom wordt daarom ook buiten beschouwing gelaten (OVAM, 2005). GFVO van de professionele sector kunnen naar analogie aan de huishoudelijke GFVO niet naar de diervoeding, maar wel naar de vergistingsinstallatie. Voor de drie scenario’s zal analoog aan de huishoudelijke GFVO respectievelijk 5%, 10% en 50% van de jaarlijks 8.000 ton ingezamelijke professionele GFVO als inputstroom voor vergisting gebruikt worden.
Hout Het aanbod van houtafval in Vlaanderen in 2001 bedroeg 1.311.560 tot 1.571.560 ton. Het is echter technisch niet mogelijk hout te vergisten.
Dierlijk afval Er dient rekening te worden gehouden met het Besluit Dierlijk Afval wanneer bij de vergisting dierlijke bijproducten mee worden verwerkt. Dit Vlaams Besluit legt voorwaarden op voor de verwerking van dierlijk afval. Belangrijk daarbij zijn de sterilisatienormen voor de verwerking van dierlijk afval. Er moet bij de verwerking van dierlijk afval ook voldaan worden aan de specifieke sectorale voorwaarden uit Vlarem II (Biogas-E, 2010). De Europese Verordening (EG) Nr. 1774/2002 van het Europees Parlement en de Raad van 3 oktober 2002 tot vaststelling van gezondheidsvoorschriften inzake niet voor menselijke consumptie bestemde dierlijke bijproducten deelt de dierlijke bijproducten in in 3 categorie¨en. Dierlijke bijproducten die tot categorie 1 behoren, moeten volledig verwijderd worden door verbranding, medeverbranding of storting en komen bijgevolg niet in aanmerking voor vergisting. Dierlijke bijproducten die tot categorie 2 behoren, mogen gerecycleerd worden voor bepaalde andere doeleinden dan diervoeder (d.w.z. biogasproductie, compost, meststoffen of oleochemische producten, een en ander na adequate warmtebehandelingen). Indien ze verwerkt worden in een vergistingsinstallatie moeten ze eerst gesteriliseerd worden (Biogas-E, 2010). Mest, de inhoud van het maagdarmkanaal gescheiden van het maagdarmkanaal, melk en biest mogen onverwerkt in een erkende biogasinstallatie verwerkt worden. Een erkende biogasinstallatie betekent echter dat een pasteurisatie-eenheid moet aanwezig zijn die niet te by-passen valt (Biogas-E, 2010). Mest wordt verder besproken in sectie 11.4 en wordt bijgevolg hier niet verder behandeld. Dierlijke bijproducten uit categorie 3 mogen verwerkt worden in een vergistingsinstallatie waarbij het materiaal eerst gepasteuriseerd wordt. Een gedetailleerde beschrijving omtrent de toegestane dierlijke bijproducten voor vergisting is te vinden in de bepalingen beschreven in de Verordening (EG) Nr. 1774/2002 omtrent de verwerking van dierlijke bijproducten in een biogasinstallatie. In het kader van deze potentieelstudie wordt rekening gehouden met de hoofdlijnen van Verordening (EG) Nr. 1774/2002 aangezien
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
75
gedetailleerde gegevens van dierlijk afval niet openbaar zijn en de gedetailleerde wetgeving geen meerwaarde biedt in deze studie. De hoeveelheden diermeel in 2004 bedroegen in totaal 170.000 ton. Hiervan ging 39.000 ton naar de landbouw, 55.000 ton naar de petfood en de rest, 72.000 ton naar coverbranding in de cement-, elektriciteits- of staalproductie. Dierlijke vetten en oli¨en bedroegen in 2004 ongeveer 105.000 ton. Hiervan ging 79.000 ton naar de veevoeding en 4.500 ton naar de oleochemie. 22.000 ton werd ingezet in verbrandingsinstallaties. Dierlijk vet en diermeel van categorie 1 en 2 mag op basis van de Europese Verordening nr. 1774/2002 (inzake dierlijke bijproducten niet geschikt voor menselijke consumptie) onder geen beding naar vergisting. Op basis hiervan is het niet realistisch dat er groenestroomcertificaten worden toegekend voor de vergisting van dierlijk vet en diermeel van categorie 1 en 2 (VREG, 2010). Dierlijk vet van categorie 3 valt volgens artikel 5.4.2. van het VLAREA onder het verbrandingsverbod. Verbranding van deze stroom is dus verboden. Vergisting van categorie 3 dierlijk vet komt in praktijk nauwelijks voor aangezien het naar veevoeding en de oleochemie gaat. Vergisting van diermeel is technisch niet mogelijk. Niet alle diermeel van categorie 3 vindt zijn afzet in de petfood en de meststoffen of bodemverbeterende middelen. Wat niet naar recyclage kan, mag verbrand worden. Om bovenstaande redenen wordt de vergisting van dierlijk afval buiten beschouwing gelaten.
Slib Slib ontstaat op verschillende manieren, zoals rioolwaterzuivering, voedingsindustrie, ontinkingsslib en afvalwaterzuiversslib van de papierindustrie en slib van de textielindustrie. Voor 2010 schat men een RWZI-slibproductie van 110.500 ton droge stof en slibproductie in de voedingsindustrie van 28.000 ton droge stof. Ongeveer 35% van de totale slibhoeveelheid die 164.500 ton bedraagt, gaat momenteel naar hergebruik of recyclage, 54% wordt verbrand en 10% wordt gestort (OVAM, 2005). Aquafin beschikt over waterzuiveringsinstallaties met een anaerobe fase waarbij biogas wordt geproduceerd. In 1999 werd in totaal 21.776 ton RWZI-slib (droge stof) vergist, wat overeenstemt met 26% van de totale RWZI-slibproductie. In 2004 bedroeg de capaciteit voor vergisting reeds 59.750 ton droge stof (OVAM, 2005). De prognoses van het Slibplan voor 2010 maken een schatting van 110.500 ton RWZI-slib en 28.000 ton slib van de voedingsindustrie. Doorgaans wordt ontinkingsslib en slib van de textielindustrie verbrand of gestort waardoor deze stromen verder niet meer in rekening worden genomen. Wanneer RWZI-slib wordt verwerkt in de vergistingsinstallatie zal het eindproduct bepaalde gebruikbeperkingen opgelegd krijgen voor gebruik in de landbouw. Deze gebruiksbeperkingen staan vermeld in de Vlarea (afdeling 4.2, art. 4.2.1.2). Een van de gebruiksbeperkingen is het verbod op weideland dat wordt beweid door dieren of op velden voor de teelt van voedergewassen als die worden geoogst voor het verstrijken van een wachttermijn van tenminste 6 weken. Daarnaast dient de concentratie aan zware metalen in het oog te worden gehouden. De Vlareanormen mogen niet overschreden worden indien de slibs vergist worden in een installatie die haar eindproduct toepast in de landbouw (Biogas-E, 2010). Dus op voorwaarde dat de slibgisting wordt uitgevoerd
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
76
volgens de voorwaarden gegeven in Bijlage 4.2.1.C van Vlarea, wordt uitgegist slib door Vlarea beschouwd als behandeld (zuiverings)slib, waardoor het onder bepaalde voorwaarden als meststof of bodemverbeterend middel mag worden gebruikt (Slibgisting Emis Vito, 2001). Voor RWZI-slib en waterzuiveringsslib uit de voedingsindustrie stelt zich hier in het algemeen geen probleem (Slibgisting Emis Vito, 2001). Voorafgaande indikking van het slib in niet noodzakelijk, maar maakt wel kleinere reactoren mogelijk, en heeft bovendien een gunstig effect op de energiebalans omdat het op te warmen volume kleiner wordt. Voor de drie scenario’s wordt respectievelijk verondersteld dat 50%, 60% en 80% van de 110.500 ton RWZI-slib wordt vergist en 85%, 90% en 95% van de 28.000 ton slib uit de voedingstechnologie. De biogasopbrengst uit slib ligt laag en bedraagt slechts 60 Nm3 /ton.
Plantenschroot De hoeveelheid plantenschroot (bv. wat overblijft van de plant na het uitpersen van olie) in 2004 in Vlaanderen bedroeg 5.023 ton waarvan 3.913 ton werd gecomposteerd. Plantenschroot kan gebruikt worden voor materiaalrecyclage (landbouw, compostering, vergisting) en energieproductie. Wegens een te hoog solventresidu zijn deze stromen nu niet meer opgenomen in de nieuwe lijst van het VLAREA voor secundaire grondstoffen, dus verwerking zoals compostering of vergisting is vereist vooraleer het schroot naar de landbouw kan. Op zich is de mogelijkheid om naar compostering of vergisting te gaan met deze stroom geen vrijgeleide voor wat het solventresidu betreft. Het plantenschroot moet immers voldoen aan de voorwaarden van het VLAREA vooraleer het toegelaten kan worden tot een composterings- of vergistingsinstallatie (OVAM, 2005). Voor de verschillende scenario’s worden respectievelijk volgende percentages van de 5.023 ton plantenschroot gehanteerd, 40%, 60% en 80%. Analoog aan de vergisting van GFT wordt voor de biogasopbrengst van plantenschroot 111 Nm3 /ton gebruikt.
Andere organisch-biologische afvalstromen De hoeveelheden die beschikbaar zijn voor energetische valorisatie zijn deze die verwerkt kunnen worden in de vergistingsinstallaties en bedragen ongeveer 12.000 ton op jaarbasis. De selectieve inzameling van deze organisch-biologische bedrijfsafvalstromen zal in de toekomst nog toenemen, waardoor voor de drie scenario’s met respectievelijk met 12.000 ton, 15.000 ton en 18.000 ton wordt gewerkt. Ook hier wordt gewerkt met een biogasopbrengst van 111 Nm3 /ton.
11.4
Mest
De mest van de omliggende landbouwbedrijven kunnen rechtstreeks verwerkt worden in een biogasinstallatie, maar aangezien 1 ton verse mest 7 tot 10 maal minder biogas opbrengt dan 1 ton gekuilde ma¨ıs, heeft mest in belangrijke mate veld moeten ruimen voor afvalstoffen en energiegewassen (Naeyaert, 2007). Toch levert mest een belangrijke bijdrage. Het vormt immers een goed substraat voor de bacteri¨en, waardoor het bijdraagt tot de stabiliteit van het vergistingsproces.
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
77
In 2008 telde Vlaanderen 32,1 miljoen dieren, waarvan 24,6 miljoen stuks pluimvee, 5,98 miljoen varkens, 1,33 miljoen runderen en 179.000 andere dieren (voornamelijk schapen, paarden en nertsen). Net zoals in de voorgaande jaren, komt het grootste aantal dieren voor in de provincie West-Vlaanderen (12,8 miljoen), gevolgd door de provincies Antwerpen (8,9 miljoen) en Oost-Vlaanderen (5,8 miljoen) (Voortgangsrapport Mestbank, 2009). De maximale afzetruimte voor dierlijke mest op Vlaamse landbouwgrond wordt berekend op basis van de gewasarealen en de maximale bemestingsnormen voor dierlijke mest. De maximale bemestingsnormen houden rekening met onder meer de gewasgroep, de ligging van de percelen in natuurgebieden, fosfaatverzadigde gebieden,. . . en met eventuele gesloten beheerovereenkomsten. De maximale plaatsingsruimte voor dierlijke mest in Vlaanderen in 2008 bedroeg 116,2 miljoen kg N en 60,7 miljoen kg P2 O5 . Bij deze berekening wordt verondersteld dat elke m2 landbouwgrond bemest wordt tot aan de maximale bemestingsnormen voor N en P2 O5 . In de praktijk is dit uiteraard niet zo (Voortgangsrapport Mestbank, 2009). Zo is er een verschil tussen de maximale en de re¨ele afzetruimte. De re¨ele afzetruimte voor dierlijke mest in Vlaanderen in 2008 bedroeg 104,6 miljoen kg N en 49,2 miljoen kg P2 O5 . Mestverwerking wordt vanuit een technisch oogpunt gezien als het behandelen van mest op een zodanige manier dat de nutri¨enten in de mest gestabiliseerd of gemineraliseerd worden zodat de bekomen eindproducten buiten Vlaanderen ge¨exporteerd kunnen worden. Mestverwerking bestaat meestal uit een combinatie van technieken. Afhankelijk van de mestsoort, worden verschillende verwerkingstechnieken toegepast. Praktijkervaring heeft ertoe geleid dat bepaalde stabiele verwerkingstechnieken courant toegepast worden voor een bepaalde mestsoort. Een overzicht van de samenhang tussen verschillende technieken is voorgesteld in figuur 11.2. Vertrekkende van de ruwe mest, vast of vloeibaar (groene vakken in figuur 11.2), kunnen er bij mestverwerking nevenstromen ontstaan zoals digestaat, dikke fractie, dunne fractie (oranje vakken in figuur 11.2), maar ook gas. Deze nevenstromen worden verder verwerkt (Voortgangsrapport Mestbank, 2009). Tabel 11.3 geeft de evolutie van de operationele mestverwerkingscapaciteit weer sinds 2003 per mestsoort. Voor pluimveemest wordt ook de export van zuivere pluimveemest vermeld omdat deze als verwerkt beschouwd wordt in het Mestdecreet. De Vlaamse mestbalans geeft het verschil weer tussen het aanbod van dierlijke mest in Vlaanderen en de afzetruimte voor dierlijke mest op Vlaamse landbouwgrond. Als het aanbod groter is dan de afzetruimte, is er een overschot van dierlijke mest en is de mestbalans niet in evenwicht. In 2007 was de Vlaamse mestbalans in evenwicht, met nog een klein overschot van 1 miljoen kg P2 O5 . In 2008 was de Vlaamse mestbalans volledig in evenwicht (Voortgangsrapport Mestbank, 2009).
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
78
Figuur 11.2: Overzicht van verschillende mestverwerkingstechnieken (Voortgangsrapport Mestbank, 2009)
Tabel 11.3: Evolutie van operationele mestverwerkingscapaciteit in ton/jaar van 2003 tot 2009 (Voortgangsrapport Mestbank, 2009)
Mestsoort Varkensmest
Pluimveemest Rundveemest Kalvergier Paardenmest Andere mest
Totale verwerking Verwerking dunne fractie Verwerking dikke fractie Verwerking pluimveemest Export zuivere mest
juli ’03 juni ’04
juli ’04 juni ’05
juli ’05 juni ’06
juli ’06 juni ’07
juli ’07 juni ’08
juli ’08 juni ’09
47.547 149.032 55.053 196.957 177.290 4.500 31.296 / 5.500
72.418 230.189 47.698 219.365 189.541 0 30.608 / 500
90.845 275.312 96.575 239.830 166.583 3.490 29.000 / 500
92.766 453.158 81.291 342.569 112.200 4.800 33.513 / 400
121.317 789.719 140.685 300.309 131.295 43.571 31.377 100.776 11.260
198.555 958.730 137.290 342.005 171.881 61.343 52.000 302.760 25.349
HOOFDSTUK 11. INVENTARISATIE VAN INPUTSTROMEN
79
Voor de potentieelstudie wordt uitgegaan van de operationele mestverwerkingscapaciteit uit tabel 11.3 in de periode juli ’08 tot juni ’09. Daarboven wordt ongeveer 10% van de mest naar het buitenland uitgevoerd. Een aanname die hierbij gemaakt wordt is, aangezien de mestbalans in evenwicht is, er verder geen mestoverschot is dat ook in aanmerking komt voor anaerobe vergisting. Voor de verschillende scenario’s wordt verondersteld dat respectievelijk 30%, 50% en 70% van de huidige operationele mestverwerkingscapaciteit via anaerobe co-fermentatie zal gebeuren. Hier bovenop komt nog de extra 10% of 249.990 ton die ge¨exporteerd wordt naar het buitenland. De biogasopbrengst van mest verschilt sterk naargelang de soort mest en de voorbehandeling die het heeft begaan. In deze studie wordt uitgegaan dat de mest vers naar de installatie wordt aangebracht, waardoor het biogaspotentieel maximaal is. De biogasopbrengst voor koeienmest, varkensmest en kippenmest bedraagt respectievelijk 25 m3 /ton, 30 m3 /ton en 275 m3 /ton (Weiland, 2006). Voor kalvergier, paardenmest en andere mest wordt een biogasopbrengst van 25 m3 /ton aangenomen. In de praktijk wordt vooral varkensmest verwerkt. Dit is historische gegroeid. De verwerkingsplicht is gelinkt aan de mestproductie en aan de grond verbonden aan het bedrijf. Varkens worden op kleine oppervlakte gekweekt, waardoor de verwerkingsplicht hoog is. Runderen worden op grote oppervlakte gekweekt waardoor de verwerkingsplicht veel lager is. Mest van pluimvee kan goedkoop ge¨exporteerd worden waardoor hiervoor niet veel verwerking nodig is (Meers, 2010). In de berekeningen van de potentieelstudie wordt omwille van de complexiteit van verwerkingsplicht uitgegaan van gelijke verwerkingspercentages in anaerobe vergisting van alle soorten mest. De biogasopbrengst per soort mest wordt wel gedifferentieerd.
Hoofdstuk 12
Potenti¨ ele biogasproductie in Vlaanderen 12.1
Aannames en berekeningswijze
Biogas bestaat hoofdzakelijk uit CH4 (methaan) en CO2 , met daarnaast nog enkele sporen van gassen. Het aandeel CH4 is bepalend voor de energie-inhoud van het biogas. Het gehalte H2 S is eveneens een belangrijke kwaliteitsparameter: in te hoge concentraties beschadigt dit corrosieve gas de gasmotor. De gehalten aan CH4 en H2 S kunnen voor een stuk gestuurd worden via de keuze van de inputstromen. Het biogas wordt ontzwaveld en ontwaterd v´o´or gebruik in de WKK (Naeyaert et al., 2007). In deze potentieelstudie wordt aangenomen dat de gemiddelde methaaninhoud 60% bedraagt.
12.1.1
Vuistregel 1
Een vuistregel voor het berekenen van de energetische output is dat 1 Nm3 aan 100% methaan 10 kWh levert, bijgevolg geeft 1 Nm3 aan 60% methaan 6 kWh (Meers, 2010). Om deze vuistregel te staven aan de praktijk, wordt verwezen naar de gevalstudie die besproken wordt in hoofdstuk 7. De elektrische output hierbij bedraagt 1130 kW en de thermische output 1403 kW. Het gasverbruik bedraagt 495 tot 515 Nm3 /uur, met een methaangehalte van 50 tot 52%. Voor de elektrische output zou dit betekenen dat 1 Nm3 aan 100% methaan 4,5 kWh genereerd. De thermische output voor 1 Nm3 aan 100% methaan levert 5,6 kWh. Dit brengt het totaal van 1 Nm3 aan 100% methaan op 10,1 kWh en sluit bijgevolg zeer dicht aan bij de vuistregel.
80
¨ HOOFDSTUK 12. POTENTIELE BIOGASPRODUCTIE IN VLAANDEREN
12.1.2
81
Vuistregel 2
Een tweede vuistregel bestaat erin om het elektrisch en thermisch rendement uit de WKK te bepalen. Voor het elektrisch rendement wordt algemeen 40% beschouwd, terwijl het thermisch rendement ongeveer 50% bedraagt. Dit brengt de totale energetische effici¨entie op 90% Ook deze vuistregel kan opnieuw gestaafd worden aan de gevalstudie in hoofdstuk 7. Hierbij bedraagt het elektrisch rendement 42,9% en het thermisch rendement 43,8%. Dit brengt het totale rendement op 86,7% dat iets onder de 90% van de vuistregel ligt.
12.2
Resultaten
De uitgebreide resultatentabellen voor de drie scenario’s zijn weergegeven in Bijlage B.
12.2.1
Aandeel inputstromen
Hierin valt op dat de energiegewassen procentueel gezien een groot aandeel van de inputstromen uitmaken, gaande van 40 tot 55%. Hun aandeel in de biogasproductie ligt, gezien de relatief hogere biogasopbrengst ten opzichte van de andere stromen, nog hoger dan hun massapercentage. Dit aandeel in de biogasproductie gaat van 60% tot 70%. Ondanks dit belangrijke aandeel van de energiegewassen vormen organisch-biologische afvalstromen (OBA) en mest samen ook een belangrijke potenti¨ele bron. Mest op zich is moeilijk rendabel te vergisten, om die reden is het belangrijk in voldoende stromen voor co-vergisting te voorzien. Deze studie maakt het belang van energiegewassen aldus duidelijk. In mijn visie dienen energiegewassen dan ook ter ondersteuning van het vergistingsproces van mest en OBA geproduceerd te worden en niet andersom. Vlaanderen zal op basis van de geproduceerde biomassa nooit energie-onafhankelijk kunnen worden, gezien het kleine landbouwareaal. Daarnaast zou een monocultuur van energiegewassen de schaarse diversiteit nog verder doen afnemen. Door middel van het proces van anaerobe vergisting kan materiaalrecuperatie en energetische valorisatie gecombineerd worden. Andere technieken bieden vaak maar ´e´en mogelijkheid. Zo leidt compostering enkel tot materiaalrecuperatie en verbranding enkle tot energetische valorisatie. Momenteel wordt een groot deel van potenti¨ele inputstromen voor vergisting naar de compostering gebracht. Hierdoor gaat een grote hoeveelheid energie verloren die via vergisting kan gecapteerd worden. De productie van energiegewassen dient dan ook in dit kader gezien te worden. Energiegewassen moeten het potentieel van OBA en mest optimaliseren. Daarnaast bieden zij voor de landbouwer een verzekerd inkomen. Dit is niet steeds het geval bij de productie van gewassen bedoeld voor menselijke consumptie gezien de lage voedselprijzn.
12.2.2
Energie
De geschatte hoeveelheid elektriciteit voor de verschillende scenario’s bedraagt respectievelijk 592.148 MWh, 1.301.099 MWh en 2.005.523 MWh. In acht genomen dat het gemiddeld energieverbruik van een Vlaams gezin 3500 kWh/jaar is, kunnen respectievelijk 169.185, 371.742 en 573.006 gezinnen van elektriciteit voorzien worden.
¨ HOOFDSTUK 12. POTENTIELE BIOGASPRODUCTIE IN VLAANDEREN
12.2.3
82
Aandeel biogasinstallaties
Om een inschatting te maken van het potentieel aantal biogasinstallaties wordt rekening gehouden met een gemiddelde schaalgrootte van 1130 kWel , op basis van de gevalstudie. Op deze manier wordt voor de drie scenario’s gevonden dat Vlaanderen respectievelijk 65, 143 en 221 installaties kan ondersteunen. In de potentieelstudie van Vandeweyer et al. (2008) wordt uitgegaan van een ge¨ınstalleerd elektrisch vermogen van 500 kW per installatie. Zij bekomen dat Vlaanderen op die manier 197 tot 1136 van dergelijke kleinschalige installaties kan ondersteunen. Wanneer in de potentieelstudie uitgevoerd voor deze masterproef een aanname van 500 kWel per installatie wordt gemaakt als gemiddelde schaalgrootte, worden 148 tot 501 installaties bekomen. De voorkeur in deze masterproef gaat uit naar de grotere schaalgrootte van 1130 kWel aangezien de rendabiliteit stijgt bij toenemende schaalgrootte. Dit financi¨ele aspect is van groot belang bij de implementatie van biogasinstallaties. Een kort overzicht van bovenstaande resultaten is weergegeven in tabel 12.1. Tabel 12.1: Overzicht resultaten potentieelstudie Scenario Elektrische output (MWh) Aantal Vlaamse gezinnen Aantal biogasinstallaties (1130 kWel ) % van de netto elektriciteitsproductie
Laag
Gemiddeld
Hoog
592.148 169.185 65 1,25%
1.301.099 371.742 143 2,74%
2.005.523 573.006 221 4,22%
Hoofdstuk 13
Algemeen besluit Algemeen heeft een biogasproject in Vlaanderen als doelstelling om mest te verwerken in combinatie met landbouwgerelateerde en organisch-biologische nevenstromen en energiegewassen. De productie van biogas leidt tot de productie van groene stroom, reductie van broeikasgassen en de stimulatie van de energiewinning. Daarnaast ontstaat uit het digestaat een gestabiliseerde organische meststof die gepasteuriseerd is en loosbaar en/of herbruikbaar water dat kan aangewend worden als proceswater of drinkwater voor dieren. Deze maatschappelijke, economische en milieutechnische voordelen van biogas winnen aan belang in Vlaanderen, wat de acceptatie van biogasinstallaties ten goede komt. Voor 2010 zijn dan ook reeds 50 installaties gepland om operationeel te zijn op het einde van het jaar. De energetische valorisatie van biomassa door vergisting heeft nog een groot potentieel en draagt bij tot de realisatie van de Vlaamse doelstelling op het gebied van hernieuwbare elektriciteitsproductie. Biogas is een universele energiebron die kan gebruikt worden voor verschillende toepassingen wanneer de gaskwaliteit aangepast is aan de specifieke vereisten voor de toegepaste techniek. Momenteel wordt biogas door middel van een warmtekrachtkoppeling omgezet in warmte en elektriciteit na ontzwaveling en ontwatering, maar kan ook toegepast worden als brandstof voor voertuigen of voor de productie van waterstof die nodig is in brandstofcellen. Biogasproductie in de landbouwsector is een sterk groeiende markt in veel Europese landen. In de investeringsanalyse werd duidelijk dat biogas op een aantal punten sterk verschilt ten opzichte van andere hernieuwbare methode om elektriciteit te produceren. Zo maken de exploitatiekosten en de kost voor de afzet van het digestaat een significant deel uit van de kosten. Daarnaast zijn de vrije energiestromen in het geval van biogas niet volledig vrij te noemen. Ze worden gestuurd door een constante toevoer van organisch materiaal te voorzien om de micro-organismen die instaan voor de vergisting te onderhouden en een continue output van biogas en bijgevolg warmte en elektriciteit te genereren. Daarnaast brengen de inputstromen een kost met zich mee en zijn dus in tegenstelling tot zon en wind niet kosteloos. De investeringsanalyse werd uigevoerd op een biogasinstallatie ingepland in agrarisch gebied die intussen reeds een klein jaar operationeel is. De mestverwerkingsplicht bedraagt hierbij 20% van de inputstromen, aangevuld met 40% energiegewassen en 40% organische en biologische afval83
HOOFDSTUK 13. ALGEMEEN BESLUIT
84
stromen. De installatie vereist 27.000 ton invoer aan biomassa op jaarbasis met een gemiddelde biogas opbrengst van 149 Nm3 /ton. Dit brengt de totale biogasopbrengt op 4.009.500 Nm3 . Het totale energetisch rendement van de gasmotor bedraagt dankzij het principe van de warmtekrachtkoppeling 86,7%. Het gegenereerde elektrische vermogen op jaarbasis bedraagt 8.460 MWhe en de gegenereerde thermische energie 11.224 MWhth. Deze biogasinstallatie kan bijgevolg 2.417 gezinnen van stroom voorzien. De inkomsten die voortkomen uit de energetische output zijn afgekomstig uit de verkoop van elektriciteit aan het net, groenestroom- en warmtekrachtcertificaten. De totale opbrengst hiervan bedraagt d1.775.772. Over de beschouwde periode van tien jaar wordt een interne redementsgraad van 15,61% behaald. Dit overstijgt sterk het vereist minimumrendement van 8% en maakt van de biogasinstallatie een rendabele investering. De NCW geeft aan dat bovenop het vereist minimumrendement een waarde van d1.436.963 wordt gecre¨eeerd voor de onderneming. De werkelijke NCW zal in realiteit nog een stuk hoger liggen, aangezien de levensduur van een biogasinstallatie langer dan tien jaar is. De terugverdienperiode voor het project bedraagt 4 jaar en 42 dagen. Omtrent de optimale aanwending van biogas bestaat nog heel wat discussie. De geproduceerde energie uit biogas, dient zo dicht mogelijk bij de bron gebruikt te worden om transportverliezen zoveel mogelijk tegen te gaan. Indien er dus warmteafzet aanwezig is op de locatie of op redelijke afstand in de buurt van de locatie, dan is afzet van warmte uit een WKK of een biogasgestookte ketel effci¨enter dan het opwerken van het biogas tot groen gas of het biogas alleen omzetten in elektriciteit. Als de mogelijkheid niet aanwezig is om de warmte af te zetten, dan is het opwerken van biogas tot groen gas en het leveren aan het aardgasnet effici¨enter dan het biogas alleen omzetten in elektriciteit. In Vlaanderen wordt echter het gebruik van warmte gestimuleerd door het uitreiken van warmtekrachtcerti caten. Deze WKC’s worden toegekend wanneer de warmte nuttig aangewend wordt bij het indrogen van het effuent of de dikke fractie. Hierbij dient opgemerkt dat hoe meer warmte hiervoor aangewend wordt, hoe meer WKC’s uitgereikt worden. Dit kan leiden tot het ineffci¨ent indrogen van het digestaat om op die manier een maximaal aantal WKC’s uit de geproduceerde warmte te bekomen. Daarnaast is in Vlaanderen nog geen wetgeving opgesteld voor een steunmaatregel voor biomethaan of groen gas. De energetisch meest effici¨ente aanwending voor biogas is echter de productie van elektriciteit en warmte door middel van een warmtekrachtkoppeling. Voor wat betreft de injectie van groen gas in het aardgasnet, beschikt Vlaanderen in tegenstelling tot Nederland enkel over een hoog calorisch net. Zo is in Vlaanderen een methaangehalte van 95% vereist, terwijl dit in Nederland slechts 70% `a 80% is. Dit maakt de opwerking in Nederland gemakkelijker en goedkoper en bijgevolg ook rendabeler. Verder doorgedreven zuivering zoals voor Vlaanderen nodig is, zal de kosten opdrijven waardoor economisch gezien groenestroomproductie rendabeler zal zijn. Een andere mogelijkheid voor Vlaanderen is om over te schakelen naar een laagcalorisch net. Economisch gezien is het beter om groen gas te injecteren in een laagcalorisch net en een WKK te plaatsen daar waar de warmte en elektriciteit nodig is in plaats van verschillende kleine WKK’s verspreid. Bij de keuze tussen groen gas, groene warmte of groene stroom bestaat de theoretische mogelijkheid om tijdens de piekuren van het elektriciteitsverbruik het biogas via de generator en WKK om te zetten in groene stroom en groene warmte. Op die manier worden zowel de groenestroom-
HOOFDSTUK 13. ALGEMEEN BESLUIT
85
certificaten als de warmtekrachtcertificaten bekomen en een hoge inkomst uit de verkoop van de elektriciteit. Tijdens de daluren kan het biogas opgewaardeerd worden tot groen gas en in het net ge¨ınjecteerd worden. Op deze manier zou men tot winstmaximalisatie kunnen komen door de drie afzettingsmogelijkheden voor het biogas optimaal te benutten. In praktijk zal zowel de technische als economische haalbaarheid bedenkelijk zijn. Er dient voor dezelfde hoeveelheid geproduceerd biogas een dubbele investering te gebeuren die een capaciteitsoverschot tot gevolg heeft. De keuze dient bijgevolg gemaakt te worden tussen het installeren van een generator met WKK, waarbij de generator zo continu mogelijk op vollast draait en de capaciteit op die manier maximaal benut wordt. Of er dient gekozen te worden voor een opwerkingssysteem voor het biogas, waarbij dit groen gas vervolgens in het net ge¨ınjecteerd wordt. De drie technologie¨en, zon, wind en biogas, werden aan de hand van een voorbeeld van een landbouwbedrijf met een groot elektriciteitsverbruik (200.000 kWh per jaar) met elkaar vergeleken. De kost voor investering per eenheid ge¨ınstalleerd vermogen is het hoogst voor zonne-energie. Daarnaast is het vereist ge¨ınstalleerd vermogen van zonne-energie ook een stuk hoger dan voor wind en biogas. Dit maakt zonne-energie de duurste technologie wat investering betreft. Toch heeft zonne-energie, dankzij de lage onderhoudskosten en de hoge prijs voor groenestroomcertificaten, de kortste terugverdientijd. Een andere manier om de drie technologie¨en te vergelijken is via de opbrengst van energie per ingenomen 1,5 ha exploitatieruimte. Hierbij vallen de voordelen van biogas duidelijk op. Biogas genereert op eenzelfde oppervlakte het hoogst aantal draaiuren met het hoogste ge¨ınstalleerde vermogen, wat leidt tot de hoge energie-opbrengst. Daarnaast kan energieaanbod van wind- en zonne-energie locatiegebonden en sterk variabel zijn. Een nadeel is echter dat biogas, net zoals wind, met inplantingsproblemen te kampen heeft. Hoewel zonne-energie dus een dure technologie is, heeft zij ook duidelijke voordelen ten opzichte van biogas en wind. Het is de meest eenvoudige technologie naar onderhoud toe en er is geen vergunning vereist. Daarnaast zijn aan de implementatie weinig risico’s verbonden aangezien de technologie volledig beheerst is. In dit verhaal is het voornamelijk belangrijk om in te zien dat enkel de combinatie van de verschillende technologie¨en Vlaanderen in staat kan stellen om in 2020 de doelstelling van 13% van haar energiebehoefte uit hernieuwbare bronnen te voorzien. In de potentieelstudie wordt voor de drie scenario’s (minimaal scenario, praktische realiseerbaar scenario, maximaal scenario) berekend dat een respectievelijke elektrische output van 592.148 MWh, 1.301.099 MWh en 2.005.523 MWh kan gerealiseerd worden. Hierdoor zou in de elektriciteitsbehoefte van respectievelijk 169.185, 371.742 en 573.006 gezinnen voorzien worden. Uitgaande van een ge¨ınstalleerd elektrisch vermogen van 1130 kWe, zoals in de gevalstudie, betekent dit dat Vlaanderen respectievelijk 65, 143 en 221 biogasinstallaties kan ondersteunen.
Deel VI
Bijlagen
86
Bijlage A
Investeringsanalyse A.1
Investeringsanalyse (jaar 0 tot jaar 3)
87
Jaar A B C D E=B+C+D F G H1 H2 L = H1 + H2 M N=E+M O=F+G+L P=N+O Q R S T=R+S U V=P+Q+R+U W X=V+W Y=P+R+W
Investering
Elektriciteitsopbrengst Opbrengst GSC Opbrengst WKK certificaten Totale energieopbrengst Exploitatiekosten Kostprijs inputstromen Kostprijs digestaatafzet Kostprijs uitreden effluent Totale kostprijs output Ecologiepremie
Inkomen totaal Kosten totaal Bruto inkomen Afschrijving Rente Aflossing Totale lasten lening Investeringsaftrek Belastbaar inkomen Belasting bedrag Netto inkomen na belasting Kasstromen d-4.300.000,00 d-4.300.000,00
d-4.300.000,00
0 d-4.300.000,00
d1.775.772,00 d-648.600,00 d1.127.172,00 d-420.000,00 d-120.400,00 d-301.000,00 d-421.400,00 d586.772,00 d-199.443,80 d387.328,20 d807.328,20
d2.205.772,00 d-648.600,00 d1.557.172,00 d-420.000,00 d-135.450,00 d-301.000,00 d-436.450,00 d1.001.722,00 d-340.485,31 d661.236,69 d1.081.236,69
d2.205.772,00 d-648.600,00 d1.557.172,00 d-420.000,00 d-150.500,00 d-301.000,00 d-451.500,00 d623.500,00 d1.610.172,00 d-547.297,46 d1.062.874,54 d859.374,54
d348.552,00 d922.140,00 d505.080,00 d1.775.772,00 d-200.000,00 d-318.600,00 d-95.000,00 d-35.000,00 d-130.000,00
3
d348.552,00 d922.140,00 d505.080,00 d1.775.772,00 d-200.000,00 d-318.600,00 d-95.000,00 d-35.000,00 d-130.000,00 d430.000,00
2
d348.552,00 d922.140,00 d505.080,00 d1.775.772,00 d-200.000,00 d-318.600,00 d-95.000,00 d-35.000,00 d-130.000,00 d430.000,00
1
Tabel A.1: Uitgewerkte investeringsanalyse jaar 0 tot jaar 3
BIJLAGE A. INVESTERINGSANALYSE 88
BIJLAGE A. INVESTERINGSANALYSE
A.2
Investeringsanalyse (jaar 4 tot jaar 7)
89
5
d348.552,00 d922.140,00 d505.080,00 d1.775.772,00 d-200.000,00 d-318.600,00 d-95.000,00 d-35.000,00 d-130.000,00
d1.775.772,00 d-648.600,00 d1.127.172,00 d-420.000,00 d-90.300,00 d-301.000,00 d-391.300,00 d616.872,00 d-209.674,79 d407.197,21 d827.197,21
4
d348.552,00 d922.140,00 d505.080,00 d1.775.772,00 d-200.000,00 d-318.600,00 d-95.000,00 d-35.000,00 d-130.000,00
d1.775.772,00 d-648.600,00 d1.127.172,00 d-420.000,00 d-105.350,00 d-301.000,00 d-406.350,00 d601.822,00 d-204.559,30 d397.262,70 d817.262,70
Elektriciteitsopbrengst Opbrengst GSC Opbrengst WKK certificaten Totale energieopbrengst Exploitatiekosten Kostprijs inputstromen Kostprijs digestaatafzet Kostprijs uitreden effluent Totale kostprijs output Ecologiepremie
Inkomen totaal Kosten totaal Bruto inkomen Afschrijving Rente Aflossing Totale lasten lening Investeringsaftrek Belastbaar inkomen Belasting bedrag Netto inkomen na belasting Kasstromen
Jaar Investering
6
d631.922,00 d-214.790,29 d417.131,71 d837.131,71
d1.775.772,00 d-648.600,00 d1.127.172,00 d-420.000,00 d-75.250,00 d-301.000,00 d-376.250,00
d348.552,00 d922.140,00 d505.080,00 d1.775.772,00 d-200.000,00 d-318.600,00 d-95.000,00 d-35.000,00 d-130.000,00
Tabel A.2: Uitgewerkte investeringsanalyse jaar 4 tot jaar 7
d646.972,00 d-219.905,78 d427.066,22 d847.066,22
d1.775.772,00 d-648.600,00 d1.127.172,00 d-420.000,00 d-60.200,00 d-301.000,00 d-361.200,00
d348.552,00 d922.140,00 d505.080,00 d1.775.772,00 d-200.000,00 d-318.600,00 d-95.000,00 d-35.000,00 d-130.000,00
7
BIJLAGE A. INVESTERINGSANALYSE 90
BIJLAGE A. INVESTERINGSANALYSE
A.3
Investeringsanalyse (jaar 8 tot jaar 10)
91
Inkomen totaal Kosten totaal Bruto inkomen Afschrijving Rente Aflossing Totale lasten lening Investeringsaftrek Belastbaar inkomen Belasting bedrag Netto inkomen na belasting Kasstromen
Elektriciteitsopbrengst Opbrengst GSC Opbrengst WKK certificaten Totale energieopbrengst Exploitatiekosten Kostprijs inputstromen Kostprijs digestaatafzet Kostprijs uitreden effluent Totale kostprijs output Ecologiepremie
Jaar Investering
9
d348.552,00 d922.140,00 d505.080,00 d1.775.772,00 d-200.000,00 d-318.600,00 d-95.000,00 d-35.000,00 d-130.000,00
d1.775.772,00 d-648.600,00 d1.127.172,00 d-420.000,00 d-30.100,00 d-301.000,00 d-331.100,00 d677.072,00 d-230.136,77 d446.935,23 d866.935,23
8
d348.552,00 d922.140,00 d505.080,00 d1.775.772,00 d-200.000,00 d-318.600,00 d-95.000,00 d-35.000,00 d-130.000,00
d1.775.772,00 d-648.600,00 d1.127.172,00 d-420.000,00 d-45.150,00 d-301.000,00 d-346.150,00 d662.022,00 d-225.021,28 d437.000,72 d857.000,72
10
d692.122,00 d-235.252,27 d456.869,73 d876.869,73
d1.775.772,00 d-648.600,00 d1.127.172,00 d-420.000,00 d-15.050,00 d-301.000,00 d-316.050,00
d348.552,00 d922.140,00 d505.080,00 d1.775.772,00 d-200.000,00 d-318.600,00 d-95.000,00 d-35.000,00 d-130.000,00
Tabel A.3: Uitgewerkte investeringsanalyse jaar 8 tot jaar 10
BIJLAGE A. INVESTERINGSANALYSE 92
Bijlage B
Potentieelstudie B.1
Potentieelstudie Minimale Scenario
93
1. Energiegewassen Energiema¨ıs Totaal Energiegewassen 2. Organisch-biologische afvalstromen Huishoudelijke afvalstoffen Groenafval particuliere tuinen GFT gescheiden ingezameld Gebruikte frituurvetten en oli¨en Organisch-biologische fractie restafval Bedrijfsafvalstoffen (Berm)maaisel Gebruikte frituurvetten en oli¨en Slib Plantenschroot Andere organisch-biologische afvalstromen Totaal OBA 3. Mest Varkensmest Pluimveemest Rundveemest Kalvergier Paardenmest Andere mest Ge¨exporteerde mest Totaal mest Totaal
Inputstromen
39,54% 39,54%
3,61% 3,38% 0,01% 0,72% 3,56% 0,02% 3,82% 0,10% 0,58% 15,80% 18,75% 7,44% 0,89% 0,75% 4,38% 0,37% 12,07% 44,66% 100%
74.753 70.000 240 15.000 73.715 400 79.050 2.009 12.000 327.167 388.373 154.166 18.403 15.600 90.812 7.605 249.990 924.948 2.071.109
Massa % /totaal
818.994 818.994
Massa (ton)
11.651.175 42.395.595 460.073 390.000 2.270.295 190.118 6.249.750 63.607.005 246.728.172
11.057.265 384.000 4.743.000 222.999 1.332.000 35.702.247
8.297.583 7.770.000 230.400 1.665.000
147.418.920 147.418.920
Nm3 biogas
69.907 254.374 2.760 2.340 13.622 1.141 37.499 381.642 1.480.369
66.344 2.304 28.458 1.338 7.992 214.213
49.785 46.620 1.382 9.990
884.514 884.514
Energetische output (MWh)
Tabel B.1: Minimale Scenario
4,72% 17,18% 0,19% 0,16% 0,92% 0,08% 2,53% 25,78% 100%
4,48% 0,16% 1,92% 0,09% 0,54% 14,47%
3,36% 3,15% 0,09% 0,67%
59,75% 59,750%
%/totaal
27.963 101.749 1.104 936 1.170 5.449 456 570 14.999 152.657 592.148
26.537 922 11.383 535 3.197 85.685
19.914 18.648 553 691 3.996
353.805 353.805
Elektrische energie (MWh) ηel = 40%
18.749 190.821 740.185
6.811
34.954 127.187 1.380
33.172 1.152 14.229 669 3.996 107.107
4.995
24.893 23.310
442.257 442.257
Thermische energie (MWh) ηth = 50%
BIJLAGE B. POTENTIEELSTUDIE 94
BIJLAGE B. POTENTIEELSTUDIE
B.2
Potentieelstudie Praktisch Realiseerbaar Scenario
95
1. Energiegewassen Energiema¨ıs Totaal Energiegewassen 2. Organisch-biologische afvalstromen Huishoudelijke afvalstoffen Groenafval particuliere tuinen GFT gescheiden ingezameld Gebruikte frituurvetten en oli¨en Organisch-biologische fractie restafval Bedrijfsafvalstoffen (Berm)maaisel Gebruikte frituurvetten en oli¨en Slib Plantenschroot Andere organisch-biologische afvalstromen Totaal OBA 3. Mest Varkensmest Pluimveemest Rundveemest Kalvergier Paardenmest Andere mest Ge¨exporteerde mest Totaal mest Totaal
Inputstromen
50,67% 50,67%
3,70% 4,04% 460.800 0,56% 4,26% 768.000 2,26% 0,07% 0,37% 15,30% 16,02% 6,36% 0,76% 0,64% 3,75% 0,31% 6,19% 34,03% 100%
149.506 163.250 480 0,01% 22.500 172.002 800 0,02% 91.500 3.014 15.000 618.052 647.288 256.943 30.672 26.000 151.353 12.675 249.990 1.374.920 4.040.456
Massa % /totaal
2.047.485 2.047.485
Massa (ton)
19.418.625 70.659.325 766.788 650.000 3.783.825 316.863 6.249.750 101.845.175 542.124.530
25.800.285 4.608 5.490.000 334.554 1.665.000 71.732.055
16.595.166 18.120.750 2.765 0,08% 2.497.500
368.547.300 368.547.300
Nm3 biogas
116.512 423.956 4.601 3.900 22.703 1.901 37.499 611.071 3.252.747
154.802 0,14% 32.940 2.007 9.990 430.392
99.571 108.725 3,34% 1.106 14.985
2.211.284 2.211.284
Energetische output (MWh)
Tabel B.2: Praktisch Realiseerbaar Scenario
3,58% 13,03% 0,14% 0,12% 0,70% 0,06% 1,15% 18,79% 100%
4,76% 1.843 1,01% 0,06% 0,31% 13,23%
3,06% 43.490 1.382 0,46%
67,98% 67,98%
%/totaal
46.605 169.582 1.840 1.560 9.081 760 951 14.999 244.428 1.301.099
18.749 305.536 1.626.374
58.256 211.978 2.300 1.950 11.351
4.995 215.196
16.470
77.401
7.493
5.994 61.921 2.304 13.176 803 1.004 3.996 172.157
49.785
1.105.642 1.105.642
Thermische energie (MWh) ηth = 50%
39.828 54.362
884.514 884.514
Elektrische energie (MWh) ηel = 40%
BIJLAGE B. POTENTIEELSTUDIE 96
BIJLAGE B. POTENTIEELSTUDIE
B.3
Potentieelstudie Maximale Scenario
97
1. Energiegewassen Energiema¨ıs Totaal Energiegewassen 2. Organisch-biologische afvalstromen Huishoudelijke afvalstromen Groenafval particuliere tuinen GFT gescheiden ingezameld Gebruikte frituurvetten en oli¨en Organisch-biologische fractie restafval bedrijfsafvalstromen (Berm)maaisel Gebruikte frituurvetten en oli¨en Slib Plantenschroot Andere organisch-biologische afvalstromen Totaal OBA 3. Mest Varkensmest Pluimveemest Rundveemest Kalvergier Paardenmest Andere mest Ge¨exporteerde mest Totaal mest Totaal
Inputstromen
55% 55%
3,75% 4,37% 0,04% 0,50% 3,70% 0,07% 1,92% 0,07% 0,30% 14,71% 15,15% 6,01% 0,72% 0,61% 3,54% 0,30% 4,18% 30,51% 100%
224.258 261.200 2.400 30.000 221.145 4.000 115.000 4.018 18.000 880.021 906.203 359.720 42.940 36.400 211.894 17.744 249.990 1.824.891 5.980.889
Massa % /totaal
3.275.976 3.275.976
Massa (ton)
27.186.075 98.923.055 1.073.503 910.000 5.297.355 443.608 6.249.750 140.083.345 835.634.656
33.171.795 3.840.000 6.900.000 445.998 1.998.000 105.875.631
24.892.638 28.993.200 2.304.000 3.330.000
589.675.680 589.675.680
Nm3 biogas
163.116 593.538 6.441 5.460 31.784 2.662 37.499 840.500 5.013.808
199.031 23.040 41.400 2.676 11.988 635.254
149.356 173.959 13.824 19.980
3.538.054 3.538.054
Energetische output (MWh)
Tabel B.3: Maximale Scenario
3,25% 11,84% 0,13% 0,11% 0,63% 0,05% 0,75% 16,76% 100%
3,97% 0,46% 0,83% 0,05% 0,24% 12,67%
2,98% 3,47% 0,28% 0,40%
70,57% 70,57%
%/totaal
65.247 237.415 2.576 2.184 2.730 12.714 1.065 14.999 336.200 2.005.523
79.612 9.216 16.560 1.070 4.795 254.102
59.742 69.584 5.530 7.992
1.415.222 1.415.222
Elektrische energie (MWh) ηel = 40%
15.892 1.331 18.749 420.250 2.506.904
81.558 296.769 3.221
99.515 11.520 20.700 1.338 5.994 317.627
74.678 86.980 6.912 9.990
1.769.027 1.769.027
Thermische energie (MWh) ηth = 50%
BIJLAGE B. POTENTIEELSTUDIE 98
Deel VII
Literatuurlijst
99
100 A B Biogas.nl <www.biogas.nl>. Born J (2005). From Sugar Factories to Biorefineries. Baltic Biorefinery Symposium, pp. 23-32. ISBN: 87-7606-009-8. Braun R, Wellinger A (2005). Injection of biogas into the natural gas grid in Laholm, Sweden. IEA Bioenergie, Task 37 - Energy from biogas and landfill gas. <www.IEA-biogas.net>. C Christiaens, Patrick. Eco-projects. Persoonlijke communicatie, Energiedag 7/12/09. Code van Goede Landbouwpraktijk Digestaat. Vlaamse Overheid. Commissie voor de Regulering van de Elektriciteit en het Gas (CREG), jaarverslag 2007, april 2008. Commissie voor de Regulering van de Elektriciteit en het Gas (CREG) (2010) <www.creg.be> D Deloof M, Manigart S, Ooghe H, Van Hylle C (2008). Handboek bedrijfsfinanciering. Intersentia, Antwerpen-Oxford. E Energiebouw Vlaanderen (2010) <www.energiebouw.be>. F G H Holm-Nielsen JB, Al Seadi T, Oleskowicz-Popiel P (2009). The future of anaerobic digestion and biogas utilization. Bioresource Technology 100, pp. 5478-5484. Holm-Nielsen JB, Oleskowicz-Popiel P, Al Seadi T (2007). Energy crop potentials for the future bioenergy in EU-27. In: Proceedings of the 15th European Biomass Conference, 7-11 May 2007, Berlin, Germany. ISBN: 3- 936338-21-3. I J Jespers K, Cornelis E, Aernouts K, Renders N, Vangeel S (2009). Inventaris duurzame energie in Vlaanderen 2008. 2009/TEM/R/129.
101 K Kristensson I (2007). Biogas p˚ a gasn¨ atet utan propantillsats. Rapport SGC 176, 1102-7371, ISRN SGC-R-176-SE, pp. 6-18. L Laherrere Jean (2006) Oil and gas: what future?, ASPO (Association for the Study of Peak Oil & gas) & ASPO France, Groningen annual Energy Convention, 21 November 2006. Busschaert L. Brood niet goedkoper ondanks forse daling graanprijs. De Morgen, 21 augustus 2009. M Meers, Erik (2010). Gastprofessor Universiteit Gent, faculteit Bio-ingenieurswetenschappen. Persoonlijke communicatie, 23/02/2010. Mermuys K en Ghekiere G (2006). Groene elektriciteitsproductie op het tuinbouwbedrijf: zon, wind of biogas? Proeftuinnieuws 19, 13 oktober 2006. Milieurapport Vlaanderen Achtergronddocument Sector Energie (MIRA) (2007). Johan Couder, Aviel Verbruggen, Hilde Wustenberghs, Sven Defrijn, Johan Brouwers, november 2007. N Naeyaert (2007) Vergisting op boerderijschaal. Provincie West-Vlaanderen. Neyens J, Devriendt N, Nijs N, Dewilde L, Dooms G (2004). Is er plaats voor hernieuwbare energie in Vlaanderen?, studie in opdracht van het viWTA, Brussel, december 2004. Neyens J (2006). Is er plaats voor hernieuwbare energie in Vlaanderen? , in : UVV-info, jan-feb 2006, pp. 22-25. O P Persson M, J¨ onsson O, Wellinger A (2006). Biogas upgrading to vehicle fuel standards and grid injection. IEA Bioenergy, Task 37 - Energy from Biogas and Landfill Gas. Portaal Belgium
. Q R S Scientific American (2006) Laatste kans voor het klimaat, nummer 6, 2006, pp. 16-25. Slibgisting, BBT-kenniscentrum, VITO (2001).
102 Sys, Kurt (2010). Medewerker vzw Biogas-E . Persoonlijke communicatie, 03/03/2010. T U V Valentino S en Ihaddadene L (2010). Wedloop op biobrandstoffen. Mondiaal Magazine, maart 2010, pp.26-29. Vandeweyer H, Baert R, Ryckebosch E, Leenknegt J, Drouillon M, Vanvaeren H (2008). Biomethaan - Opwerken van biogas tot aardgaskwaliteit. Hogeschool West-Vlaanderen. pp. 59 - 73 ISBN: 978-90-8135-520-9. VCM vzw (2004). Knelpuntennota Mestverwerking. <www.vcm-mestverwerking.be>. Verbruggen A (2004). Tradable green certificates in Flanders (Belgium). Energy Policy 32, 165176. Vlaamse instelling voor technologisch onderzoek (Vito) (2010). Onrendabele toppen. <www.vito.be>. Vlaamse overheid, Landbouw en Visserij (2010). . Vlaamse Reguleringsinstantie voor de elektriciteits- en gasmarkt (VREG) (2010). <www.VREG.be>. Vlaamse Reguleringsinstantie voor de elektriciteits- en gasmarkt (VREG), jaarverslag 2008. Voortgangsrapport vzw Biogas-E (2009). Voortgangsrapport Mestbank (2009). W Weiland P (2006). Biomass digestion in agriculture: A succesfull pathway for the energy production and waste treatment in Germany. Engineering in Life Sciences, 6, no 3. Welink JH, Dumont M, Kwant K (2007) Groen gas - Gas van aardgaskwaliteit uit biomassa (Green gas - Gas of natural gas quality from biomass). Update of a study from 2004. X Y Z
