Meer waarde uit mest

De aanleiding voor het Masterplan Mineralenmanagement (MMM) is de afnemende voedselzekerheid en de toenemende schaarste van minerale grondstoffen voor de plantaardige productie. Een mogelijke oplossingsrichting is het sluiten van de mineralenkringlopen door middel van mestraffinage. In dit rapport is een technologisch ontwerp van een technologie voor geïntegreerde biogasproductie en de winning van kunstmestvervangers uit dierlijke mest beschreven.
De verwachting is dat middels deze technologie een organische fractie wordt verkregen die nagenoeg vrij is van minerale nutriënten (met name fosfaat en stikstof). Dit zal tijdens het testen van de pilot dienen te worden geverifieerd. Daarnaast kunnen de volgende producten worden teruggewonnen uit dierlijke mest: struviet, ammoniumcarbonaat, kaliumcarbonaat en ammoniumsulfaat. Tevens wordt groen gas en beregeningswater verkregen.

Momenteel is het niet gangbaar om carbonaten toe te passen in de akkerbouw, behalve calciumcarbonaat (kalk) en magnesiumcarbonaat. De toepasbaarheid, landbouwkundige werkzaamheid en de milieuhygiënische aspecten van mogelijk toepasbare op carbonaten gebaseerde kunstmestvervangers zal daarom nader onderzocht dienen te worden. Indien de dikke fractie met organische stof nagenoeg geen fosfaat en stikstof bevat dan sluit dit goed aan bij de behoefte van de akkerbouwers. Bij eenzelfde werkingscoëfficiënt van mogelijk toepasbare kunstmestvervangers is er een bedrijfseconomisch perspectief aanwezig voor de akkerbouwer om zijn gewassen te bemesten door middel van een combinatie van dierlijke mest en kunstmestvervangers. De in deze studie beschreven technologie voor geïntegreerde biogasproductie en winning van dierlijke mest kan op afzienbare termijn
(vanaf circa 2015) mogelijk een bijdrage leveren aan de ambities voor een duurzame akkerbouw en het veilig stellen van de voedselproductie.

Inleiding

De minerale grondstoffen fosfor, stikstof en kalium zijn van essentieel belang voor de groei van planten, dieren en de mens. Het is evident dat zonder deze bemesting, bij gelijkblijvend areaal, de wereldvoedselproductie zal dalen. Momenteel wordt de behoefte aan fosfor, stikstof en kalium in akkerbouwgrond wereldwijd aangevuld door kunstmest.
Betreffende de kunstmestproductie zijn er een aantal verontrustende ontwikkelingen die een effect hebben op de continuïteit van kunstmestproductie en daarmee ook op de voedselzekerheid. Een van de elementen van kunstmest is fosfor wat een essentiële voedingsstof is voor al het leven op aarde en wordt uit mijnen gewonnen in de vorm van fosfaatrots. Voorspellingen geven aan dat de economische winbare voorraden aan het eind van deze eeuw uitgeput zijn. Rekening houdend met de groeiende wereldbevolking, de milieubelasting en anticiperend op de schaarste van fosfaat is hergebruik van mineralen, oftewel het sluiten van de mineralenkringloop nodig.

Om in de toekomst aan de toenemende vraag naar plantaardige producten te voldoen is uitbreiding van het areaal landbouwgrond ten koste van natuurlijk habitat geen duurzame optie. De oplossing dient gezocht te worden in de meest efficiënte benutting van reeds beschikbaar areaal en nutriënten met een minimale belasting van de omgeving. Een mogelijke oplossingsrichting is het sluiten van de mineralenkringlopen door de winning van kunstmestvervangers uit dierlijke mest.

Ontwikkeling van technologie voor geïntegreerde biogasproductie en winning van kunstmestvervangers uit dierlijke mest op pilotschaal

Sinds 2010 is ook op nationale schaal sprake van een niet-plaatsbaar mestoverschot, dat naar verwachting de komende jaren verder zal toenemen. Een van de mogelijke structurele oplossingen is het omvormen van mest van een afvalproduct naar een waardevolle grondstof. Mest bevat grondstoffen en energie die hergebruikt kunnen worden. Momenteel benutten we het potentieel van mest in beperkte mate. Er zijn diverse technieken om mest te verwerken waarbij volumereductie door indikken en drogen momenteel een van de meest voorkomende bewerkingen is. Hierbij is de insteek veelal gericht op het minimaliseren van de kosten van de mestafzet. Het is een 'end-of-pipe' benadering van het mestvraagstuk. Dit in tegenstelling tot mestraffinage waarbij dierlijke mest wordt geraffineerd in uiteenlopende nuttige producten. In de volgende paragraaf beschrijven we het technologisch ontwerp voor geïntegreerde biogasproductie en mestraffinage.

Technologisch ontwerp

De basis van de ontwikkeling voor het ontwerp van de pilotinstallatie is een combinatie van technieken welke afzonderlijk hebben bewezen dat deze effectief zijn in andere sectoren (luchtwassers, afvalwaterzuivering en industriële productie). Met behulp van deze technologie is het mogelijk om mest te raffineren in de volgende componenten:

1. een dikke fractie organische stof die nagenoeg geen nutriënten bevat (stikstof en fosfaat) en die de akkerbouwgronden kan voorzien van organische stof;
2. producten die mogelijk als kunstmestvervanger gebruikt kunnen worden;
3. groen gas.

Voor de ontwikkeling van een mestraffinagetechnologie op pilotschaal is gebruik gemaakt van de volgende bestaande technieken:

• reactor met geïntegreerde monovergistingsinstallatie en fosfaatterugwinning;
• innovatieve electrodialyse unit voor scheiding van de mineralen;
• scrubbers voor terugwinning van de mineralen in de vorm van carbonaten;
• gasscrubber voor het terugwinnen van overgebleven stikstof en opwerking van biogas tot groen gas.

Economische haalbaarheid

In deze paragraaf wordt inzichtelijk gemaakt wat de economische haalbaarheid is van de pilot. Tevens geven we aan of er mogelijk economische voordelen te realiseren zijn voor akkerbouwers indien deze het gewas zou kunnen bemesten door middel van dierlijke mest en kunstmestvervangers afkomstig uit dierlijke mest.

Op basis van de berekende inkomsten en lasten veronderstellen we dat de technologie bedrijfseconomisch haalbaar zal zijn. Ook indien geen gebruik van aanvullende subsidie gemaakt wordt. Echter, in verband met het verkennend karakter van deze inventarisatie is nader onderzoek aan te bevelen. Een belangrijke parameter is de prijs die de markt bereid is voor mineraalconcentraat te betalen. Als het mineralenconcentraat als kunstmestvervanger wordt erkend en de landbouwkundige werking vergelijkbaar is met die van kunstmest, dan zal de bereidheid tot het betalen van hogere prijzen voor
mineralenconcentraat toenemen. In een recentelijk verschenen kamerbrief 'toekomstig mestbeleid' d.d. 28 september 2011, wordt onder andere geadviseerd om dierlijke mest op te werken tot bruikbare producten voor de akkerbouw. Dit geeft aan dat er ontwikkelingen zijn die bijdragen aan het weghalen van barrières in de regelgeving ten aanzien van het gebruik van grondstoffen uit dierlijke mest. Hierdoor zal de bereidheid tot het betalen van hogere prijzen voor mineralenconcentraat gaan toenemen waardoor de markt voor kunstmestvervangers en daarmee de rentabiliteit van de technologie zal toenemen.

Voor de akkerbouwer liggen de mogelijke economische voordelen in het gebruik van kunstmestvervangers. De kostprijs voor bemesting van het gewas door middel van dierlijke mest plus aanvullende bemesting door middel van kunstmestvervangers uit dierlijke mest is aanzienlijk lager in vergelijking met de kosten gemoeid met de aankoop van kunstmest.