Proeftuin Veenweiden

Melkveebedrijven kunnen bijdragen aan duurzame energieopwekking door mono-vergisting toe te passen. In dit web-bericht laten we de effecten zien van verschillende manieren van mono-vergisten op de uitstoot van ammoniak en methaan en op het inkomen. Dit doen we voor een melkveebedrijf met alleen grasland in het veenweidegebied. Uit de scenarioberekeningen komt naar voren dat het vergisten van verse mest en van de feces fractie de beste milieuprestaties oplevert en dat vergisten van feces het beste is voor de portemonnee.

Mono-vergisting op veenweidebedrijf

Behalve met windmolens en zonnepanelen kan ook duurzame energie opgewekt worden met vergisting van mest. Op melkveehouderijbedrijven is mono-vergisting meer passend dan covergisting. Bij mono-vergisting wordt immers alleen mest vergist en zijn veelal geen toevoegmiddelen nodig. In een scenariostudie voor een gemiddeld melkveebedrijf in het veenweidegebied met 150 koeien op 80 ha grasland is berekend welke gevolgen mono-vergisting heeft op de uitstoot van ammoniak en methaan. Ook zijn globaal de effecten op het inkomen berekend. Het bedrijf vangt per jaar ongeveer 4.300 ton mest op in de put via een traditionele roostervloer.

Scenario’s

Om te kijken welke gevolgen mono-vergisting heeft op de emissies en economie zijn vier verschillende scenario’s doorgerekend. Deze zijn samengevat in Tabel 1.

Tabel 1: Scenario’s mono-vergisten op melkveebedrijf veenweide met 150 koeien

In Tabel 1 zijn de volgende scenario’s weergegeven:

  • Basisscenario zonder vergisten. In dit scenario worden 150 koeien gehouden die in de zomerperiode alleen overdag weiden. ’s Nachts en gedurende de hele winterperiode verblijven de koeien in een ligboxenstal met roostervloer. In de stal is er voor 4 maanden mestopslag (opslagcapaciteit van ruim 1700 ton). Daarnaast is er een externe mestopslag van ruim 800 ton. Jaarlijks moet ongeveer 990 ton mest worden afgevoerd.
  • “Oude” drijfmest vergisten die langere tijd in de put aanwezig is. In dit scenario gaat maandelijks ongeveer 360 ton mest (5,5% organische stof) uit de mestkelder (opslagcapaciteit 600 ton) onder de stal met roostervloer naar de vergistertank. De vergistertank heeft een inhoud van 465 ton. Na vergisting wordt het digestaat in de externe opslag opgeslagen (opslagcapaciteit bijna 1500 ton). Alle mest wordt vergist, er wordt 16 m³ ruw biogas per ton mest geproduceerd. Omdat er in de wintermaanden meer mest in de put terecht komt dan in de zomermaanden met beweiden, wordt in de winter mest “gespaard” voor vergisting in de zomer. De jaarlijkse afvoer van digestaat is bijna 990 ton.
  • Vergisten van verse drijfmest. In dit scenario gaat verse mest (7,5% organische stof) uit een kleine opvangput in de stal direct naar de vergistertank (inhoud 465 ton). Na vergisting van deze mest gaat het digestaat door naar een externe mestopslag van bijna 2100 ton. Door een wisselend aanbod van mest (stal/wei) is de verblijftijd van de mest in de vergister wisselend. Er wordt 27 m³ ruw biogas per ton verse mest geproduceerd. Omdat er geen drijfmestopslag onder de stal is, wordt een sleuvenvloer toegepast met een mestschuif (RAV 1.8). Jaarlijkse afvoer van digestaat is ruim 930 ton.
  • Vergisten van feces na primaire mestscheiding. In deze variant heeft de vloer van de stal een dichte sleuvenvloer met kleine perforaties (RAV 1.20) zodat de urine factie in de mestkelder onder de stal terechtkomt (opslagcapaciteit 1.350 ton). De feces fractie (9% organische stof) wordt met de mestschuif in een opvangputje geschoven en wordt doorgeleid naar de vergister (capaciteit 300 ton). Van de vergister gaat het digestaat naar een externe mestopslag (opslagcapaciteit 900 ton). Alleen de feces fractie (ingeschatte samenstelling: 10% urine en 90% faeces) wordt vergist. Er wordt 62 m³ ruw biogas per ton feces geproduceerd. Een groot deel van het digestaat na vergisting van de feces fractie (bijna 1.170 ton) wordt afgevoerd. De urine fractie (inschatting is dat deze 90% urine en 10% faeces bevat) wordt op het bedrijf uitgereden.

Effect mono-vergisting op methaanemissie

Door middel van een modelmatige simulatieberekening en het opstellen van een meststroom zijn de emissies van methaan en ammoniak van de verschillende scenario’s bepaald. Figuur 1 laat de methaanemissie naar het milieu bij de verschillende scenario’s zien.

Figuur 1: Methaanemissie naar het milieu bij verschillende scenario’s met mono-vergisten op melkveebedrijf in veenweidegebied met 150 koeien.

Figuur 1 laat zien dat de meeste methaan vrijkomt bij de productie van melk en vlees (ruim 23.000 kg CH4 uit pensfermentatie bij alle varianten). Bij de scenario’s met een mestkelder en roostervloer (niet vergisten en oude mest vergisten) waarbij mest en urine samenkomen is de methaanemissie uit de stal ruim 6.000 kg CH4. Bij de scenario’s waar verse mest snel wordt vergist of waar feces en urine fracties worden gescheiden treedt weinig methaanemissie in de stal op. Het vergistingsproces leidt bij oude mest vergisten tot een methaanemissie van 1.100 kg CH4. Bij vergisten van verse mest en feces komt ongeveer 1.900-2.000 kg CH4 vrij bij het vergistingsproces van mest. Uit de externe opslag en bij beweiden komt weinig methaan vrij. Door de lagere stalemissie leidt verse mest vergisten en alleen feces vergisten tot een daling van de methaanemissie van respectievelijk 11% en 12% ten opzichte van geen mest vergisten. Bij vergisten van oude mest neemt de methaanemissie juist toe met 4%.

Effect mono-vergisting op ammoniakemissie

Figuur 2 laat de ammoniakemissie bij de verschillende scenario’s met mono-vergisting zien.

Figuur 2: Ammoniakemissie bij verschillende scenario’s met mono-vergisten op melkveebedrijf in veenweidegebied met 150 koeien.

Figuur 2 laat zien dat er twee belangrijke bronnen zijn die het meest bijdragen aan de ammoniakemissie: de emissie in de stal en de emissie bij toedienen van dierlijke mest en/of digestaat. In de varianten waar de feces en urine fracties samen worden opgeslagen vindt bijna 2.700 kg NH3-emissie per jaar in de stal plaats. Bij varianten waarbij de verse mest snel wordt vergist en waarbij feces en urine fractie apart worden opgeslagen halveert deze emissie. Omdat er bij de varianten met verse mest meer stikstof achterblijft in de mestbestanddelen, neemt de ammoniakemissie bij uitrijden wel toe. Vooral in de situatie met feces vergisten stijgt de emissie bij toedienen fors. In dit scenario wordt bijna alle op het bedrijf geproduceerde urine met de dunne fractie uitgereden en wordt alleen een deel van de feces fractie afgevoerd.

Per saldo stijgt de ammoniakemissie bij oude mest vergisten met 3% door extra verliezen uit de opslag van digestaat en daalt de ammoniakemissie met respectievelijk 11% en 7% bij verse mest vergisten en feces vergisten.

Effect mono-vergisting op inkomen (methode o.b.v. vervangingswaarde)

In Figuur 3 zijn de veranderingen van de opbrengsten, kosten en het inkomen weergegeven van de scenario’s met mono-vergisten ten opzichte van het scenario zonder vergisten. Dit betreft een bedrijfseconomische vergelijking waarbij kosten zijn berekend op basis van vervangingswaarde en er geen kosten voor sloop of aanpassing van een bestaande situatie zijn berekend. De resultaten bij aanpassing van de bestaande situatie, staan in de volgende paragraaf.

Figuur 3: Verschil in opbrengsten, kosten en inkomen van drie scenario’s met mono-vergisten op melkveebedrijf in veenweidegebied met 150 koeien ten opzichte van situatie zonder vergisten (bedrijfseconomische benadering op basis van nieuwbouwsituaties bij elk scenario)

Figuur 3 laat zien dat feces vergisten de hoogste energieopbrengst heeft. Dit scenario leidt tot de hoogste methaanproductie voor energieopwekking (76.000 kg CH4). Bij een vergoeding van 12,4 cent per KWh voor energie die in elektriciteit is omgezet (incl. 7,8 cent subsidie) en van 7,8 cent subsidie voor de geproduceerde warmte, leidt deze variant tot ruim € 38.000 extra opbrengsten ten opzichte van niet vergisten. Bij een methaanproductie voor energieopwekking van 40.700 kg CH4 heeft oude mest vergisten de laagste extra opbrengst van € 20.400. Uitgangspunt bij de berekeningen is dat de warmte benut kan worden voor opwarming van de vergister. Kan de warmte niet benut worden, dan kan hiervoor ook geen subsidie worden verkregen.

Omdat bij verse mest en feces fractie vergisten minder stikstof verloren gaat uit het systeem, hebben beide varianten respectievelijk € 2.000 en € 2.900 minder kunstmestkosten dan niet vergisten. De installatiekosten van de vergister bij de varianten waar alle mest vergist wordt zijn € 33.500 per jaar. Bij alleen feces fractie vergisten is een kleinere vergister nodig en zijn de installatiekosten van de vergister op ruim € 25.000 geschat. De investeringskosten bij alle mest vergisten zijn ingeschat op € 200.000 en bij alleen feces fractie vergisten op € 150.000. Uitgangspunt van de berekeningen is dat de vergister in 10 jaar wordt afgeschreven en dat de jaarlijkse onderhoudskosten 5% van het investeringsbedrag zijn. De berekende rentekosten voor gebouwen en installaties zijn op 3,5% ingeschat (rente over gemiddeld geïnvesteerd vermogen).

Resultaten bij nieuwbouw

Als we bij elk scenario uitgaan van nieuwbouw, is bij verse mest vergisten geen mestopslag onder de stal meer nodig. Wel zijn de jaarkosten € 15/koe hoger in verband met een duurdere vloer. Per saldo zijn de stalkosten hierdoor € 18.800 lager dan niet vergisten. De kosten voor externe mestopslag zijn bij verse mest vergisten wel € 10.500 hoger. Omdat iedere vergister tenminste een maand opslagcapaciteit heeft, zijn de gebouwenkosten in alle varianten met nieuwbouw lager dan bij niet vergisten. Verder kan een externe opslag ook goedkoper worden gebouwd dan een mestkelder onder de stal.

In de variant met mest scheiden en alleen feces fractie vergisten zijn de kosten voor mestafvoer ruim € 1.900 hoger dan bij niet vergisten. Dit komt doordat het afgevoerde digestaat afkomstig uit de feces fractie minder stikstof bevat dan drijfmest. Hierdoor moeten meer kuubs afgevoerd worden.

Per saldo is het inkomen bij feces fractie vergisten het hoogst (ruim € 16.000 hoger dan bij niet vergisten). Ook vergisten van de verse mest is aantrekkelijk (bijna € 13.000 hoger inkomen). Met bijna € 5.000 minder inkomen is oude mest vergisten geen aantrekkelijke vergistingsvariant, bij nieuwbouwsituaties, 17% jaarkosten van de installaties en aangenomen warmte- en elektriciteitssubsidies.

Resultaten bij aanpassing bestaande bedrijfssituaties

In de vorige paragraaf zijn de gevolgen voor het inkomen berekend op basis van een bedrijfseconomische vergelijking. Dit wil zeggen dat steeds is uitgegaan van een volledige nieuwbouwsituatie bij elk scenario, en dat bij de scenario’s dus geen rekening is gehouden met extra kosten voor sloop van een vloer en eventueel in stand houden en gebruik maken van de bestaande mestopslagen. Wanneer we wel uitgaan van de bestaande situatie met ruim 1.700 ton mestopslag onder de stal en 800 ton mestopslag buiten de stal, dan kan niet bespaard worden op stal- en mestopslagkosten, zoals bij nieuwbouwsituaties. Figuur 4 laat zien welke gevolgen mono-vergisten op het inkomen heeft wanneer de kosten niet op nieuwbouwsituaties zijn gebaseerd, maar op aanpassen van de bestaande bedrijfsvoering uit de basis.

Figuur 4: Verschil opbrengsten, kosten en inkomen van drie scenario’s met mono-vergisten op melkveebedrijf in veenweidegebied met 150 koeien ten opzichte van situatie zonder vergisten (benadering waarbij bestaande situatie is aangepast).

Figuur 4 laat zien dat bij alle varianten niet meer wordt bespaard op stalkosten wanneer wordt uitgegaan van een bestaande bedrijfssituatie. In de situatie met verse mest vergisten wordt het digestaat onder de stal opgeslagen. Deze opslag heeft net als bij de andere varianten een overcapaciteit. Bij verse mest vergisten en feces fractie vergisten leiden sloop van de vloer en aanbrengen van een duurdere vloer ook tot meerkosten. Per saldo leidt oude mest vergisten tot een daling van het inkomen van ruim € 13.000. Vergisten van de feces fractie is bij aanpassing van de bestaande situatie ook het meest aantrekkelijk met een inkomensstijging van ruim € 9.500. Verse mest vergisten levert bij aanpassen van de bestaande stal nog een minimaal voordeel op. Het inkomen stijgt € 200. De terugverdientijd van feces fractie vergisten en verse mest vergisten komt uit op respectievelijk 7 en 11 jaar. De terugverdientijd van oude mest vergisten is langer dan de afschrijvingstermijn van de vergister: 29 jaar.

Effect van wijziging uitgangspunten

Met behulp van de resultaten uit Figuur 4 maken we in deze paragraaf inzichtelijk wat de aanpassingen in de uitgangspunten betekenen voor de resultaten van de verschillende scenario’s.

Invloed van subsidie en handel in CO2-rechten

Figuur 4 laat zien dat bij aanpassing van een bestaande stal het vergisten van de feces fractie een positief inkomen oplevert. Maar wat gebeurt er als de subsidies veranderen of er handel in CO2-rechten komt? Figuur 5 laat zien dat wanneer er CO2-rechten (€ 20/ton CO2) moeten worden aangekocht voor extra geproduceerde kooldioxide, het inkomen bij oude mest vergisten met € 500 extra daalt, omdat de uitstoot toeneemt (inkomensdaling is € 13.500 ten opzichte van niet vergisten). Bij verse mest vergisten en feces fractie vergisten daalt de CO2-uitstoot en kan het bedrijf juist een vergoeding ontvangen van respectievelijk € 2300 en € 2400.

Wanneer de subsidie voor warmte van 7,8 cent per kWt wegvalt, dan leidt geen enkele vergistingsvariant meer tot een inkomensstijging. Bij wegvallen van alle subsidies voor warmte en elektriciteit daalt het inkomen in alle vergistingsvarianten met meer dan € 20.000.

Figuur 5: Verschil inkomen van drie scenario’s met mono-vergisten op melkveebedrijf in veenweidegebied met 150 koeien ten opzichte van situatie zonder vergisten bij aanpassingen in subsidies en handel in CO2-rechten (benadering bij aanpassing bestaande situatie).

Invloed van technische en economische uitgangspunten

Behalve subsidies hebben ook technische en economische uitgangspunten invloed op de resultaten van Figuur 4. Figuur 6 laat zien dat wanneer de vergister minder presteert en de methaanopbrengst 20% lager uitvalt, dat het inkomen bij verse mest vergisten en feces fractie vergisten met meer dan € 7.000 daalt. Het inkomenseffect van feces fractie vergisten isbij de lagere methaanopbrengst nog net positief (€ 2000) terwijl het inkomen bij verse mest met bijna € 7000 daalt. Bij oude mest vergisten daalt het inkomen bij een lagere methaanopbrengst met bijna € 9.000 ten opzichte van niet vergisten.

Wanneer bij de vergisting een 20% duurdere vergister nodig is (€ 240.000 bij oude mest en verse mest en € 180.000 bij feces fractie) dan heeft alleen feces fractie vergisten nog een positief effect op het inkomen (€ 4.500 meer inkomen). Bij verse mest vergisten daalt het inkomen € 6.500. Bij een perfecte scheiding van feces vergisten (dus 100% urine in urine fractie en 100% feces in feces fractie) stijgt het inkomen met bijna € 14.000 ten opzichte van niet scheiden, er wordt bij perfecte scheiding meer methaan geproduceerd omdat er meer faeces in de vergister terechtkomt. Echter is perfecte scheiding van urine en feces met behulp van sleuvenvloeren niet mogelijk, een mogelijk toekomstig systeem die dit wel kan realiseren zal waarschijnlijk ook hogere kosten met zich meebrengen.

Uitgangspunt van de berekeningen is een afschrijvingstermijn van 10 jaar bij de vergister. Wanneer dit kan worden opgerekt naar 12 jaar, leidt dit tot € 2.500 minder jaarkosten bij feces fractie vergisten en tot € 3300 minder jaarkosten bij verse mest en oude mest vergisten. Bij 5% meer onderhoud stijgen de kosten bij de feces fractie vergisten met € 7.500 en bij de overige varianten met € 10.000.

Bij alle technische aanpassingen blijft het vergisten van de feces fractie het meest aantrekkelijk en levert het een positief effect op voor het inkomen.

Figuur 6: Verschil inkomen van drie scenario’s met mono-vergisten op melkveebedrijf in veenweidegebied met 150 koeien ten opzichte van situatie zonder vergisten bij aanpassing van enkele technische en economische uitgangspunten (benadering bij aanpassing bestaande situatie).

Conclusie

De scenariostudie laat zien dat het vergisten van de feces fractie een gunstig effect kan hebben op het inkomen en op de emissie van ammoniak en methaan. Ook verse mest vergisten verlaagt de emissies, omdat in dit scenario, net als bij feces fractie vergisten, de stalemissie sterk wordt beperkt. De inkomenseffecten van verse mest vergisten zijn minder gunstig dan bij vergisting van de feces fractie. Het vergisten van oude mest heeft in veel gevallen een negatieve invloed op het inkomen en op de emissie van methaan en ammoniak.

Voorwaarde voor de inkomensverbetering bij feces fractie vergisten is dat de overheidssubsidie voor elektriciteit en warmte in stand blijft. Ook is het benutten van de vrijgekomen warmte belangrijk. Overige subsidies (voor o.a. CO2-reductie) kunnen het wegvallen van (een deel van deze) rijkssubsidies niet opvangen. Ook is het technisch goed draaien van de vergister essentieel voor voldoende gasopbrengst en daarmee voor een economisch gunstig perspectief van vergisten. Tenslotte zijn in deze vergelijking de economische resultaten van vergisten in nieuwbouwsituaties beter dan de resultaten bij het aanpassen van een bestaande situatie. Mono-vergisten zal daarom eerder interessant zijn bij nieuwbouw dan bij een bestaande bedrijfssituatie.

Meer weten over de kennissessie?

Lees kennissessie: Via monovergisten naar minder methaan- en ammoniakemissie?

Auteurs:

Aart Evers, Roland Melse, Fridtjof de Buisonje, Nico Verdoes, Michel de Haan


Websites:

Overige literatuur:

  • Blanken, Klaas, Fridtjof de Buisonje, Aart Evers, Henri Holster, Wijbrand Ouweltjes, Jan Verkaik, Izak Vermeij en Harm Wemmenhove, september 2018. Kwantitatieve Informatie Veehouderij (KWIN) 2018-2019. Wageningen University & Research. Wageningen.
  • Goessens I., 24 februari 2012. Micro-WKK, een onderschatte technologie? Management & Techniek 4.
  • Groenestein, C.M. ; Mosquera, J. ; Melse, R.W. (2016). Methaanemissie uit mest: schatters voor biochemisch methaan potentieel (BMP) en methaanconversiefactor (MCF). Wageningen Livestock Research, (Livestock Research rapport 961). Wageningen.
  • Schils, R.L.M., M.H.A. de Haan, J.G.A. Hemmer, A. van den Pol-van Dasselaar, J.A. de Boer, A.G. Evers, G. Holshof, J.C. van Middelkoop, & R.L.G. Zom, 2007. Dairy Wise, a whole farm model. . J. Dairy Sci. 90:5334–5346.
  • Van Bruggen, C., A. Bannink, C.M. Groenestein, J.F.M. Huijsmans, H.H. Luesink, S.M. van der Sluis, G.L. Velthof & J. Vonk, 2018. Emissies naar lucht uit de landbouw in 2016. Berekeningen met het model NEMA. WOt-technical report 119. Wageningen University & Research.
  • Velghe, F. en I. Wierinck, 2013. Evaluatie van de vergisters in Nederland, Fase II. Organic Waste Systems i.o.v. Agentschap NL.
  • Vonk, J., S.M. van der Sluis, A. Bannink, C. van Bruggen, C.M. Groenestein, J.F.M. Huijsmans, J.W.H. van der Kolk, L.A. Lagerwerf, H.H.Luesink, S.V. Oude Voshaar, G.L. Velthof, 2018. Methodology for estimating emissions from agriculture in the Netherlands – update 2018. Calculations of CH4, NH3, N2O, NOx, PM10, PM2.5 and CO2 with the National Emission Model for Agriculture (NEMA). WOt-technical report 115. Wageningen University & Research.
  • Zwart K. et al, 2006. Duurzaamheid covergisting van dierlijke mest. Alterra Rapport 1437.