Lettinga Associates Foundation for environmental protection and resource conservation
Vergisting van eendenmest
Opdrachtgever:
Datum:
WUR Animal Sciences Group Fridtjof de Buisonjé
3 oktober 2008
Projectnummer: 07-431 Lettinga Associates Foundation Postbus 500 6700 AM Wageningen Tel: 0317 482023 Fax: 0317 482108 http://www.leaf-water.org
1. Onderwerp en doel van de test Bepalen van de biogasopbrengst van eendenstromest, stro, en eendenstromest met minder stro.
2. Materialen en methoden 2.1
Monsters
De eendenstromest en het stro werden aangeleverd door de opdrachtgever. Uit een deel van de eendenstromest is handmatig zoveel mogelijk stro verwijderd, het bleek niet praktisch mogelijk om alle stro uit de mest te verwijderen, kleine dunne stukjes waren daardoor nog in de mest aanwezig. Van deze drie monsters is een karakterisering uitgevoerd op de volgende parameters: droge stof (DS), organische stof (OS), totaal CZV (CZVtot), ammoniumstikstof (NH4-N), pH en vluchtige vetzuren (VVZ). Voor gebruik in de testen zijn in zowel de stromest als het stro de lange stukken op ca. 5 cm geknipt. Aangezien het hier om vaste materialen ging, zijn de monsters voor de bepaling van pH, VFA en NH4N eerst gedurende 30 minuten uitgeschud met water, waarna de analyses aan de vloeistoffase werden gedaan. De resultaten werden teruggerekend naar de hoeveelheid oorspronkelijk materiaal. De stromest en de uitgezochte eendenmest werden uitgeschud in een verhouding van 1 deel mest op 3 delen water, het stro in een verhouding van 1:9.
2.2
Test voor potentiële biogasproductie
De test werd uitgevoerd in duplo, onder continue menging, bij 30°C. Er werd een hoeveelheid van ca. 3 g substraat-OS gebruikt, in een volume van totaal 200 ml. Als entmateriaal werd een mengsel van korrelslib en vergiste rundermest gebruikt. Aan alle flessen werden macro- en micronutriënten, en fosfaatbuffer toegevoegd. Ook werd een controletest zonder substraat met alleen entmateriaal ingezet. Van alle flessen werd bij aanvang van de test de gasfase vervangen door stikstofgas. Gedurende de test werd de gasproductie gevolgd met behulp van een drukmeetsysteem. Aan het begin en einde van de test werden de pH, de concentratie vluchtige vetzuren en de ammoniumstikstofconcentratie gemeten. Aan het einde van de test werd de biogassamenstelling bepaald.
2.3
Analyses
Droge stof en organische stof Het gehalte droge stof en organische stof werd bepaald volgens de standaardmethode, met droging van de monsters bij 105°C en verassing bij 550°C. Vluchtige vetzuren c2-c6 Het gehalte aan vluchtige vetzuren van de opgeloste fractie werd gaschromatografisch bepaald. Hiervoor werden monsters genomen, deze werden gedurende tien minuten gecentrifugeerd bij 11200 rcf, en daarna geanalyseerd. Ammoniumstikstof (NH4-N) Het gehalte aan ammonium van de opgeloste fractie werd fotometrisch bepaald op een autoanalyser (Skalar). Hiervoor werden vloeistof monsters genomen, deze werden gedurende tien minuten gecentrifugeerd bij 10000 rpm. Het supernatant werd verdund, hierin werd de ammoniumconcentratie bepaald Gasproductie en -samenstelling Het volume geproduceerd biogas werd bepaald met behulp van een drukmeetsysteem. De gehaltes methaan, koolstofdioxide, zuurstof en stikstof in het gas werden gaschromatografisch bepaald.
2
3. Resultaten 3.1
Karakterisering van de monsters
In onderstaande tabel staan de resultaten van analyses aan de monsters weergegeven. Tabel 1 – Resultaten van de karakterisering van de verschillende monsters
Droge stof
DS
g/kg
297
Eendenstromest met minder stro 329
Organische stof
OS
g/kg
238
248
OS
%van DS
80
75
89
CZVtot
g/kg
309
318
1130
Eenheid
Organische stof Totaal CZV pH
Eendenstromest
Stro 919 822
-
-
8,3
8,2
6,6
VFA
mg CZV/kg*
81
97
182
Acetaat
C2
mg/kg
32
48
140
Propionaat
C3
mg/kg
31
30
22
Butyraat
C4
mg/kg
0
0
0
Vluchtige vetzuren
Valeriaat, capronaat
C5, C6
mg/kg
0
0
0
Ammoniumstikstof
NH4-N
mg/kg
1079
940
65
* vluchtige vetzuren omgerekend naar CZV
3.2
Biogasproductie
In Figuur 1 en Figuur 2 wordt de gasproductie uit de drie verschillende substraten weergegeven, in ml biogas per g organische stof van het substraat en in m3 biogas per ton substraat, respectievelijk. De gasproductie is gecorrigeerd met die uit de ent.
Biogas (ml / g OS)
800 Eendenstromest Eendenstromest met minder stro
700
Stro
600
500
400
300
200
100
0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Figuur 1 – Cumulatieve gasproductie van de verschillende substraten in ml biogas / g OS
3
t (d)
50
Eendenstromest
3
Biogas (m / ton)
700
600
Eendenstromest met minder stro
Stro
500
400
300
200
100
0 0
5
10
15
20
25
30
35
45 t (d)
40
50
Figuur 2 – Cumulatieve gasproductie van de verschillende substraten in m3 biogas / ton substraat
Het is opvallend dat de gasproductie uit de stromest en uit de stromest met minder stro vergelijkbaar is, maar dat de spreiding tussen de duplo’s vrij groot is. Deze grote spreiding is ook terug te zien in de test met alleen stro. Dit zou in alle gevallen veroorzaakt kunnen zijn door verschillen in de lengte en breedte van de stukken stro. Het methaanpercentage in het biogas was gemiddeld 62% voor zowel de stromest als de uitgezochte stromest, en 59% voor het stro. In tabel 2 wordt een samenvatting van de resultaten voor de biogasproductie gegeven. Ter vergelijking staan in tabel 3 de biogasopbrengsten uit een aantal bekende andere substraten. Tabel 2 – Samenvatting van de resultaten van de biogasproductie. Getallen zijn de gemiddelden van de duplo’s en de bijbehorende standaarddeviatie. Biogasproductie Stromest
Methaanproductie
(ml/gOS)
(m3/ton)
(ml/gOS)
(m3/ton)
437 ± 54
104 ± 13
271 ± 33
64 ± 8
Stromest met minder stro
409 ± 64
102 ± 15
254 ± 36
63 ± 9
Stro
663 ± 126
546 ± 104
392 ± 64
323 ± 53
Tabel 3 – Biogasopbrengst uit verschillende substraten 1 .
Rundveedrijfmest
1
DS-gehalte
Methaanproductie (m3 CH4 / ton)
8%
10-13
Varkensdrijfmest
6%
12
Droge kippenmest zonder stro
45%
110
Energiemaïs
28%
86
Gras
25%
67
Fijngemaakte graankorrels
87%
316
L.M. van Boheemen (2006) Haalbaarheidstudie van biomassavergisting in de glastuinbouw. PPO nr. 3241411100.
4
3.3
Metingen aan de vloeistof
Aan het begin en einde van de proef zijn vloeistofmetingen gedaan voor pH, vluchtige vetzuren en ammoniumstikstof. De resultaten hiervan worden gegeven in Tabel 4. De concentratie vluchtige vetzuren was in alle gevallen onder de detectielimiet, en er trad geen verzuring op. Wel werd er uit alle drie de substraten ammonium gevormd, waarbij de stromest met minder stro de laagste toename liet zijn. Ook hier is echter bij de stromest een grote spreiding te zien, waardoor het moeilijk is een conclusie te trekken. Tabel 4 – Resultaten van de metingen aan de vloeistof, gecorrigeerd voor de metingen aan de blanco met alleen entmateriaal. Getallen zijn gemiddelden van de duplo’s, met bijbehorende standaarddeviatie.
Stromest
Stromest met minder stro
Stro
Tijdstip
pH
VVZ
NH4-N
(d)
(-)
(mg CZV/l)
(mg/l)
t=0
7,4 ± 0,0
< d.l.
42 ± 4
t=49
7,0 ± 0,1
< d.l.
336 ± 121
t=0
7,3 ± 0,0
< d.l.
29 ± 4
t=49
7,0 ± 0,0
< d.l.
259 ± 39
t=0
7,2 ± 0,0
< d.l.
-8 ± 7
t=49
6,9 ± 0,0
< d.l.
320 ± 15
4. Discussie en conclusies Tegen de verwachting in werd er geen verschil in gasproductie gevonden tussen de stromest en de stromest met minder stro. Daarnaast werd in de duplo’s van alle drie de substraten een groot verschil in gasproductie gevonden, hoewel de hoeveelheid substraat in de twee flessen steeds even groot was. Ook was het materiaal naar omstandigheid vrij homogeen. De stukken stro hadden allemaal dezelfde maximumlengte, maar het vermoeden is dat de variatie in lengte en breedte van de stukjes stro toch verantwoordelijk moet zijn voor de verschillen in gasproductie. Er kan geconcludeerd worden dat de gasproductie uit vleeseendenstromest niet zeer duidelijk beïnvloed wordt door de hoeveelheid stro, in ieder geval niet dusdanig dat dit in de gebruikte proefopzet naar voren kwam. In dit onderzoek werd een biogasopbrengst gevonden van ruim 100 m3 biogas per ton vleeseendenstromest, met een methaanpercentage van 62%. Er moet rekening mee gehouden worden dat dit de opbrengst onder ideale laboratoriumomstandigheden is. In de praktijk is het mogelijk dat de biogasopbrengst lager uitvalt. Wanneer bijvoorbeeld het droge stofgehalte van de stromest lager uitvalt dan bij het hier geteste monster (ca. 30%), wordt de gasopbrengst per ton proportioneel lager. Bij een drogestofgehalte van 25 % mag een maximale biogasopbrengst worden verwacht van circa 80 m3 per ton. Vanwege het hoge stikstofgehalte van eendenmest, biedt vergisting samen met een stroom die een laag stikstofgehalte heeft waarschijnlijk het meeste perspectief, bijvoorbeeld als co-substraat in een maïsvergister.
Gebruikte afkortingen CZV
Chemisch ZuurstofVerbruik, een maat voor de organische stof. Omvat alle verbindingen die met een bepaalde chemische laboratoriummethode te oxideren zijn.
VVZ
Vluchtige VetZuren, afbraakproducten van organische stof: azijnzuur, propionzuur, boterzuur, valeriaanzuur en capronzuur.
5
