Met EU-financiering is een Groene Mineralen Centrale met demo-installatie voor fosfaatterugwinning gebouwd, de Groot-Zevert Vergisting. Foto's in verhaal: WUR
Geschatte leestijd: 12 minuten
Zuiveringsslib, mest en andere organische reststromen zijn een bron van energie en waardevolle nutriënten voor de landbouw. Zonde dus om te verbranden of exporteren, zoals nu vaak gebeurt. Onderzoekers van Wageningen University & Research zoeken in Europees verband naar mogelijkheden voor toepassing van deze reststromen door terugwinning en hergebruik van nutriënten.
Europa produceert grote hoeveelheden organische reststromen, zoals een overschot aan mest, zuiveringsslib en afval uit de voedingsindustrie en diervoederproductie. Deze reststromen zijn rijk aan organische stof en nutriënten zoals fosfor (P), stikstof (N) en kalium (K). Momenteel gaan deze voedingsstoffen meestal verloren omdat de reststromen worden geëxporteerd, verbrand of niet optimaal gebruikt. Dat is niet efficiënt. Omdat Europa en Nederland een circulaire economie willen, is het belangrijk om die voedingsstoffen juist te behouden voor de landbouw. Naast een overschot aan organische reststromen speelt ook de kwestie van kunstmest. Voor het maken van stikstofkunstmest wordt veel energie en daarmee veelal fossiele brandstoffen verbruikt. Voor het produceren van fosfaatkunstmest is fosfaaterts uit mijnen nodig, terwijl de kwalitatief goede en eenvoudige winbare voorraden beperkt zijn. Het is dus belangrijk het gebruik van kunstmest te beperken of het te vervangen door hernieuwbare meststoffen. Om kennis op te doen over het terugwinnen van nutriënten uit reststromen en de mogelijkheden voor toepassingen, is er in 2017 een Europees onderzoek gestart: SYSTEMIC. Binnen dit project is op vijf bedrijven in vier landen tegelijk onderzoek gedaan. Het project werd gecoördineerd door senior onderzoeker Mestverwerking en -valorisatie Oscar Schoumans van Wageningen University & Research (WUR), samen met het Team Duurzaam Bodemgebruik.
Hoe kunnen we die belangrijke voedingsstoffen behouden voor de landbouw en tegelijkertijd het gebruik van kunstmest beperken?
Kimo van Dijk, betrokken onderzoeker Duurzaam Bodemgebruik: “Organische afvalstromen zijn te gebruiken voor de productie van biogas omdat ze voor een deel snel en makkelijk biologisch afbreekbaar zijn. Wat na vergisting overblijft wordt digestaat genoemd. Digestaat is rijk aan mineralen en bevat nog een aanzienlijk deel organische stof. Uit het digestaat kunnen we de nutriënten terugwinnen. Zo kan het fosfaat dat wordt teruggewonnen gebruikt worden door de meststoffenindustrie als vervanging van import uit fosfaatmijnen.
Organische afvalstromen zijn biologisch afbreekbaar tot biogas door anaerobe vergisting.
Naast varkensdrijfmest worden ook andere organische afvalbronnen vergist om de biogasproductie te verhogen.
De dikke fractie van het digestaat wordt gebruikt om fosfaat terug te winnen met de RePeat-technologie.
Het teruggewonnen stikstofrijke concentraat kan als kunstmestvervanger dienen, mits het erkend wordt als kunstmest. Daarvoor dient de wetgeving rondom de nitraatrichtlijn te worden aangepast.”
Welke bijdrage levert SYSTEMIC aan deze ontwikkelingen?
Van Dijk: “Binnen dit project hebben we op vijf grootschalige biogasinstallaties, verspreid over Europa, gekeken hoe we naast warmte en energie organische bodemverbeteraars en nutriënten zoals stikstof, fosfaat en andere mineralen kunnen terugwinnen uit mest, zuiveringsslib en andere organische reststromen. Op de proeflocaties werd al energie en warmte gewonnen uit deze reststromen. De biogasinstallaties zijn uitgebreid met innovatieve technieken die het digestaat verder kunnen verwerken. Daarmee worden nutriënten teruggewonnen in de vorm van gerecyclede biobased meststoffen voor in de landbouw en daarbuiten. Naast die vijf locaties zijn er veel andere biogasinstallatiebedrijven betrokken bij SYSTEMIC die willen leren van de ervaringen op de vijf proeflocaties.”
Kan het digestaat niet rechtstreeks het land op?
Van Dijk: “In gebieden met een mestoverschot is het digestaat niet goed te plaatsen omdat de verhouding fosfor, stikstof en kalium niet optimaal is voor gewassen. Als we stikstof en fosfaat inefficiënt gebruiken neemt bovendien de kans op emissies naar het milieu toe. Zeker voor stikstof is dit momenteel een belangrijk aandachtspunt. Daarom is het belangrijk dat bemestingsproducten passend worden gemaakt en de vraag naar bemestingsproducten op maat neemt dan ook toe. Om het digestaat optimaal te kunnen gebruiken moeten de mineralen en de organische stof terug worden gewonnen.”
Hoe gaat de terugwinning van meststoffen uit digestaat in zijn werk?
Van Dijk: “Allereerst vindt een mechanische scheiding plaats in een dikke en een dunne fractie. De dikke fractie bevat een groot deel van de organische stof en veelal ook het fosfaat. De dunne fractie is rijk aan de mineralen stikstof als ammonium en kalium.
“
Mestverwaarding levert meststoffen op waarmee nutriënten effectief worden hergebruikt
Uit de dunne fractie wordt vaak het ammonium apart teruggewonnen waarna een kaliumrijk substraat overblijft. Dat heet stikstof strippen. Er zijn ook methoden waarbij water aan de dunne fractie wordt onttrokken met microfiltratie en/of omgekeerde osmose waardoor een stikstof-kalium concentraat overblijft. Het onttrokken water kan zo schoongemaakt worden, door bijvoorbeeld een ionenwisselaar, dat het direct geloosd kan worden op het oppervlaktewater. Dat scheelt transportkosten en levert milieuwinst op.
Om te kunnen groeien nemen planten nutriënten op uit de bodem. Nadat de gewassen zijn geoogst en geconsumeerd, eindigen de nutriënten in het organisch afval. In een circulaire economie zouden nutriënten hergebruikt worden voor voedselproductie.
Uit de dikke fractie die rijk is aan organisch materiaal en fosfaat is het mogelijk om het fosfaat terug te winnen. In Nederland is hiervoor een nieuwe methodiek ontwikkeld door Wageningen Environmental Research, genaamd RePeat (Recovery P to eat). Door toevoeging van zuur wordt het fosfaat in oplossing gebracht en daarna door toevoeging van calcium of magnesium neergeslagen als calciumfosfaat of struviet respectievelijk. Dit slib kan verder gedroogd worden tot een fosfaatmeststof of als grondstof dienen voor de fosfaatkunstmeststofindustrie. De resterende fosfaatarme dikke fractie kan ingezet worden als bodemverbeteraar, veenvervanger in de potgrondindustrie of als dek-aarde in de champignonteelt.
Wat heeft SYSTEMIC betekend voor Nederland?
Van Dijk: “Op de proeflocatie Groot-Zevert Vergisting te Beltrum in de Achterhoek is met EU-financiering een Groene Mineralen Centrale (GMC) gebouwd, waarbij de innovatieve techniek om fosfaat terug te winnen grootschalig kon worden uitgerold. In de GMC wordt de dunne fractie verder geconcentreerd tot een stikstof- en kaliumrijk mineralenconcentraat, door onttrekking van water via omgekeerde osmose.”
Wat gebeurt er op de andere locaties?
Van Dijk: “Bij de andere locaties lag het accent sterk op het terugwinnen van stikstof. In Duitsland vergist men maïs, waarna stikstof en vezels worden teruggewonnen. Die stikstof dient als meststof en de vezels kunnen gebruikt worden als grondstof voor papier en andere producten. In Italië draait de installatie vooral op afvalwaterslib, waaruit stikstofproducten worden teruggewonnen zoals ammoniumsulfaat. Op de twee proeflocaties in Vlaanderen wordt met een groot aandeel reststromen gewerkt uit de voedingsindustrie en worden stikstofrijke producten geproduceerd. De gebruikte technologieën voor de opwerking verschilt van locatie tot locatie omdat er met andere ingaande reststromen wordt gewerkt en omdat de regio’s om andere eindproducten vragen. Met zijn allen hebben we nu de stap gemaakt om nutriëntenterugwinning in de praktijk te implementeren.”
In Nederland is een nieuwe methodiek ontwikkeld door Wageningen Environmental Research om fosfaat terug te winnen, genaamd RePeat.
De dunne fractie wordt omgezet in een ammonium- en kaliumrijke oplossing door omgekeerde osmose.
Toepassing van teruggewonnen ammonium zoals gebruikt in een meststof op maat in de praktijk.
Hoe ver is dit project gevorderd?
Van Dijk: “De beoogde recyclingstechnologieën draaien voluit, de finetuning van de processen is afgerond en de producten die we willen maken, komen eruit. We weten dat deze producten beter bruikbaar zijn dan het ongezuiverde digestaat, omdat je er veel preciezer mee kunt sturen op bijvoorbeeld de hoeveelheid fosfaat of stikstof. Wat we nog willen leren is wat de precieze landbouwkundige waarde is van de producten die we maken. De landbouw heeft behoefte aan producten met een constante kwaliteit, met dezelfde concentratie mineralen van dezelfde beschikbaarheid voor planten. We hebben de afgelopen twee jaar pilots gedaan buiten SYSTEMIC om, onder andere veldproeven in de pilot Kunstmestvrije Achterhoek. Op grond daarvan kunnen we positieve conclusies trekken. Onze producten kunnen zich meten met de gangbare meststoffen.”
Betekent dit dat we deze technologie nu grootschalig kunnen toepassen?
Van Dijk: “Zo eenvoudig ligt het niet. Belangrijk is dat het ook een rendabele business case kan worden. Dat hangt sterk af van de prijzen op de mestmarkt, de kosten voor de verwerking – investeringen, operationele kosten, energie- en chemicaliënkosten – en de acceptatie van de producten door de boeren en de prijzen die zij willen betalen. In de Duitse en Italiaanse situatie kan het uit, maar in Nederland en Vlaanderen met een groot mestoverschot blijft het lastig. Om de circulaire economie en kringlooplandbouw een boost te geven, moet er meer financiële zekerheid zijn voor dergelijke grootschalige investeringen. Marktwerking alleen met sterk fluctuerende prijzen volstaat niet.
“
It is important that fertiliser products match the crop’s requirements
Zuiveringsslib, mest en andere organische reststromen zijn een bron van energie en waardevolle nutriënten voor de landbouw.
Ook moeten we weten wat de impact is van het terugwinnen van nutriënten op het milieu. Dat doen we door middel van een milieu-impactanalyse en een levenscyclusanalyse. Dus van alle betrokken processen en het transport inventariseren we van de wieg tot het graf wat de impact is, inclusief energieverbruik, grondstoffenverbruik, afval, emissies et cetera. Zo weten we of de milieueffecten beter of vergelijkbaar zijn met die van gangbare producten. En dan is er nog de wetgeving. Er zijn zoveel regels over de hoeveelheid mest die je mag uitrijden en de samenstelling ervan; dat staat het gebruik van sommige van deze producten nog in de weg. Daarom onderzoeken we nu ook welke veranderingen er moeten komen in de wetgeving, om dit hergebruik mogelijk te maken. Voor gerecyclede meststoffen uit vergiste mest worden er op dit moment beleidswijzigingen besproken voor de toelating als RENURE (REcovered Nitrogen from manURE) kunstmestvervanger.
Welke rol heeft Wageningen Research in dit project?
Van Dijk: “Oscar Schoumans is de coördinator van het project, Wageningen Environmental Research trekt het geheel en is nauw betrokken bij de monitoring van de installaties, de business case van de installaties, het vaststellen van de landbouwkundige en milieukundige effecten van de biobased bemestingsproducten en het ontwikkelen van tools en living labs voor de uitrol naar andere bedrijven. Ook helpen we te komen tot praktische, beleidsmatige aanbevelingen voor hoe de circulaire landbouw toegepast kan worden. Juist in Wageningen is er veel kennis op deze gebieden.
Welke extra kennis is er uit het project voortgekomen?
Van Dijk: “SYSTEMIC is primair een demonstratieproject voor grootschalige toepassingen van nutriëntenterugwinning. We hebben niet alleen de prestaties in kaart gebracht maar met name ook gekeken naar de businesscases, duurzaamheidsaspecten, wet- en regelgeving en de mogelijkheden voor andere biogasinstallaties in Europa. Op grond van alle verzamelde data en ervaringen is een online Business Development Package gemaakt waarbij bedrijfsleiders van vergistingsinstallaties, of andere geïnteresseerden, kunnen nagaan wat bepaalde verwerkingstechnieken voor hun situatie kunnen opleveren. Een handige tool om ervaringen op te doen. Ook wetenschappelijk heeft het een schat aan informatie opgeleverd en hebben de jonge onderzoekers die we bij dit project hebben betrokken erg veel geleerd. Kortom, er ligt een mooie toekomst voor de terugwinning van nutriënten, met Nederland als een van de koplopers, zeker als we ook de businesscase rond krijgen.
Europese onderzoekscontext
SYSTEMIC draagt bij aan de volgende Europese beleidsuitdagen:
- De halvering van nutriëntenverlies en verbetering van bodemvruchtbaarheid
- Beperking van het gebruik van kunstmest met 20 procent in 2030
Betrokken groepen vanuit Wageningen University & Research: Wageningen Environmental Research Betrokken Europese landen: België, Duitsland, Italië en Nederland
Looptijd: 2017 – 2021
Deel dit verhaal