Verlagen van methaanemissie uit vleesvarkensstallen door een innovatieve techniek van mestverwijdering en -behandeling

In het projectvoorstel voor de Klimaatenvelop 2018 werd door Agrifirm het volgende aangegeven: Gezien het Nederlandse belang om te voldoen aan de klimaatdoelstellingen, zoals vastgelegd in de afspraken van Parijs, wil Agrifirm Exlan graag een bijdrage leveren aan het verlagen en voorkomen van emissie van broeikasgassen in de agrarische sector. Specifiek wordt hierbij gekeken naar het reduceren en voorkomen van methaanemissie uit dierverblijven en mestopslagen. Hiervoor heeft Agrifirm Exlan (hierna Exlan genoemd) nieuwe innovatieve stalsystemen ontwikkeld waarbij in een integrale aanpak naast methaanemissies ook ander emissies worden aangepakt.

De beschrijving van het integrale stalsysteem was als volgt: In de vleesvarkensstal wordt de mest versneld afgevoerd via een rioleringssysteem geplaatst in ondiepe mestkelders, waarvan de wanden en vloeren van een speciale coating zijn voorzien om aanhechting van mest zoveel mogelijk tegen te gaan. De verse mest wordt opgevangen in een organisch stikstofarme vloeistof die gemaakt is uit de mest zelf zodat het mestvolume niet toeneemt. Hiervoor wordt de afgevoerde mest eerst gescheiden in een dikke en dunne fractie. De dunne fractie wordt vervolgens behandeld in een meststripper die de ammonium uit de mest verwijdert en zorgt voor het verdampen van een deel van het mestvocht uit de te strippen dunne mestfractie, waardoor deze geen nadelige invloed heeft op de ammoniak- en geuremissie bij hergebruik in de stal. Daarnaast is het grote voordeel dat de dikke fractie weinig ammoniumstikstof bevat en daardoor veel aantrekkelijker is om in een mestvergistingsinstallatie te verwerken. Ammonium is namelijk een remmende factor in het vergistingsproces. De makkelijk afbreekbare organische stof zal in de mestvergister via methaangas omgezet worden in duurzaam geproduceerde elektriciteit en warmte of groen gas. De efficiency van methaan uit mest wordt hiermee dus verhoogd en bovendien wordt methaanemissie in een later stadium voorkomen. Door deze combinatie wordt de methaangasemissie vanuit de stal/mestopslagen in en buiten de stal sterk gereduceerd.

Uitdagingen

In 2018 en 2019 is vervolgens onderzoek uitgevoerd naar het effect van het versneld afvoeren van verdunde mest uit de stal en het aanmaken van de verdunningsvloeistof (meststripper). Dit onderzoek werd uitgevoerd op een praktijkbedrijf in twee onderzoeksafdelingen met twee referentie afdelingen. Het bleek niet eenvoudig deze techniek in een bestaande stal in te bouwen. Behalve door gebrek aan ervaring en routine, was het lastig dat het maar twee afdelingen betrof in een stal met 16 afdelingen, die apart moesten functioneren. Het bleek ook dat de technieken in de praktijk nog enige optimalisatie behoefden. De belangrijkste bevindingen waren ten eerste dat de effecten in het begin tegen vielen, vooral m.b.t. methaan, omdat het werd uitgevoerd in een oude stal met een restlaag mest die naar het bleek nog een behoorlijk methanogene activiteit had, waardoor methaanvorming te snel op gang kwam (inoculatie). Ten tweede was een pompsysteem aangelegd. Het aanleggen van het pompsysteem bleek technisch ingewikkelder dan op het eerste oog, en bij nader inzien niet effectief genoeg om de mest uit de afdelingen afdoende te verwijderen. Ten derde bleek dat de meststripper, zoals uitgevoerd en gedimensioneerd, onvoldoende NH₄ kon reduceren in de spoelvloeistof. Dit had ook te maken met het feit dat twee afdelingen eigenlijk te weinig mest produceren voor het continu goed draaien van het meststripsysteem waardoor sneller mest uit de afdelingen moest worden gevoerd.

Er werd toen een proefaanpassing uitgevoerd: de vraagstelling werd in tweeën geknipt: 1) Is spoelen met een ammoniakarme vloeistof effectief om ammoniak- en methaanemissie te reduceren? 2) Hoe kan het meststripsysteem geoptimaliseerd worden?

Vraag 1 kon beantwoord worden door te spoelen met water de metingen zijn uitgevoerd in november en december 2019. Voor vraag 2 zijn diverse instellingen uitgevoerd en ervaringen opgedaan t.b.v. optimalisatie van scheiding van mest en het ammoniakarm maken van de dunne fractie.

Het antwoord op vraag 1 wordt door onderstaande figuren en tabel beantwoord. De reducties zoals in de tabel gegeven zijn gemeten in de laatste maand van de groeiperiode en geven dus een vertekend beeld van wat in een volledige groeiperiode of in een heel jaar de reductie geweest zou zijn.

Geleerde lessen:

• Spoelen met water geeft een lage ammoniak- en methaanemissie;
• Verwijderen van mest en spoelvloeistof moet snel en (mede daardoor) volledig. Hiervoor is het gewenst dat in kanalen waarin relatief veel verse mest komt het rioleringssysteem wordt uitgevoerd met om de ca. 2 meter een afvoerpunt in de vloer;
• In een bestaande stal moeten de mestkelders, vòòr implementatie van het systeem, goed worden schoongemaakt om opgebouwde methanogene activiteit te verwijderen. Eventuele onder kelderde ligvloeren moeten afgesloten kunnen worden van de kelders onder de roostervloeren;
• Afsluiters dienen goed sluitend te zijn, zodat de verdunningsvloeistof niet kan weg lekken;
• Een voldoende grote opvangkelder met vrije uitloop, zodat de verdunde mest ook snel kan wegstromen;
• Wegpompen van mest kan, maar vergt een pomp met een capaciteit van ca. 100 m3 per uur. Praktisch is dit niet (goed) uitvoerbaar;
• Het maken van de ammoniakvrije vloeistof dient effectief te zijn, optimalisatie van het strip systeem is nog nodig. Afwenteling is als zodanig nog niet gedetecteerd, maar dient wel gevolgd te worden;
• Voor een goede proceswerking dient de mest homogeen te zijn en niet te snel van samenstelling te wisselen. Dit kan door in een stal met meerdere afdelingen uit te gaan van gespreide opleg van de varkens;
• Een trommelfilter is goed in staat om met name varkensharen te verwijderen, maar verwijdert onvoldoende de fijne vaste mestdeeltjes. Een nabehandelingsstap is nodig om zo weinig mogelijk vaste stof in de meststripper te krijgen. Dit kan mogelijk door een bezinkingsstap na de scheider en voor de meststripper te plaatsen; Het filterpakket moet voldoende contactoppervlak te hebben (minimaal 100 m2 per m3) met een lage belasting per m2 contactoppervlak (maximaal 2250 m3 per m2 aanstroomoppervlak. Dit om de pakketdikte en luchtweerstand zo laag mogelijk te laten zijn);
• Omdat er tijdens het strippen van de dunne fractie ook mestvocht verdampt, vindt er ook na enkele maanden afzet van mestzouten plaats op de trommelfilter en het doek. Dit dient regelmatig te worden verwijdert om verstopping na verloop van tijd tegen te gaan.