DOSSIERS VERGISTING, Formulering van het rantsoen van een vergister

1. Inleiding

Het doel van een vergistingsinstallatie bestaat erin electriciteit en warmte te produceren op de meest rendabele manier. Ook moet deze rendabiliteit langdurig zijn.

- Dit impliceert dat de vergister een exact methaandebiet (niet meer maar ook niet minder) moet geven om de wkk's op volle kracht te laten werken.

- Dit impliceert evenwel (voor de lange termijn) dat de biologie van de vergister stabiel en in goede gezondheid moet worden gehouden.

- Dit impliceert eindelijk dat men uit de beschikbare grondstoffen sommige moet kiezen die niet enkel de laagste kost/m3 biogas/ton maar die evenwel geen schadelijke effecten hebben op de biologie. Anders produceert men maar heel even goedkoop biogas...

De formulering van de voedingsrantsoenen van een vergister moet rekening houden met deze drie aspecten.

Onze nutritionnistenvereniging heeft een formuleringsmethode ontwikkeld die met al deze factoren rekening houdt.

Ook heeft onze vereeniging de behoeften en toxiciteitslimieten moeten bepalen voor elk nutriënt. Zonder deze waarden is het onmogelijk doeltreffend een optimaal rantsoen te formuleren.

2. Een rantsoeberekening moet stappen zetten in de juiste volgorde

Wij merken op dat de meeste bij de opstelling van een rantsoen niet in de juiste volgorde handelt. Hierbij wordt eerst gekekenen naar de grondstoffen waarover men beschikt. Men pikt hieruit de goedkoopste grondstoffen (euro/m3 biogas/ton) en men zet een meer of mindere hoeveelheden van deze in om het nodige biogasdebiet te verkrijgen.

Het resultaat van deze werkwijze is dat men gaat schommelen tussen:

• suboptimale biogasproductie (wkk's krijgen te weinig brandstof)
• Ontsteking van de fakkel enkele dage na de verhoging van de grondstoftoedining.

Dus een opeenvolging van spatsten in de productiviteit van de vergister. Ook loopt hierme de biologie van de vergister regelmatig vast (verzuring, alcalose, explosieve H2S productie, schuimvorming, daling van het methaangehalte enz...)

Waarom?

Wanneer men met een enkelvoudig rantsoen werkt moet deze onotbeerlijk voldoende celstof en hemicellulosen bevatten (traagverteerbare componenten) om verzuring van de vergister te vermijden.

Dit betekent ook dat de responstijd van een verhoging van dit rantsoen laattijdig is (na enkele dagen). Ondertussen blijven de wkk's op een suboptimale vermogen draaien (elk verloren uur is verloren en kan niet meer worden ingehaald).

Dan komt de productiepiek van het toegediend product (na 3, 4, 5 dagen!!!). Nu wordt ineens te veel biogas geproduceerd en de fakkel slaat aan. Hier wordt organische stof verspild.

Op nutritionneel vlak is het onmogelijk een rantsoen met een snelle korte productiepiek op te stellen. Deze zou de vergister snel aanzuren. Dit komt door het feit dat de hydrolyserende bacteriële fauna zich zeer snel kan aanpassen aan een rantsoenwijziging omdat ze zich snel kan vermenigvuldigen (die produceert dan veel organische zuren met het voedsel die ze ineens krijgt). Maar het probleem zit bij de methanogene fauna. Die beestjes vermenigvuldigen zich uiterst traag en kunnen niet volgen. Deze laatste moeten de organische zuren omzetten in CO2+CH4 (waarmee het pH niet meer zou dalen door verdwijning van de zuren). Omdat ze niet volgen gaan de organische zuren opstapelen en de verzuring bevorderen. De methanogenen verdragen de zuurtegraat niet en sterven af (de hydrolyserende bacteriën kunnen daar wel tegen en blijven zuren produceren).

Dus: één enkelvoudig rantsoen kan geen schommelingen opvangen in het biogasdebiet.

Oplossing:

De enige oplossing woor dit vraagstuk is het rantsoen virtueel te splitsen in twee delen:

- een basisrantsoen: deze heeft als doel de biologische stabiliteit te handhaven in de vergister en tegelijk 80% van het nodige biogasdebiet te verzorgen. Dit rantsoen is dus een rantsoen met trage werking. De trage werking is in dit geval geen handicap omdat dit rantsoen steeds in dezelfde hoeveelheden wordt toegediens.

- een reguleringsrantsoen met snelle responstijd (met vroegtijdig en kort debietpiek). Dit rantsoen bestaat exclusief uit snelverteerbare producten (enkelvoudige suikers, disacchariden, polysacchariden in alpha-1,4, alcoholen enz...). Dit rantsoen hoeft niet evenwichtig te zijn op nutritioneel vlak omdat ze enkel de 20 laatste procenten gas moet produceren.

Deze werkwijze heeft het voordeel tegelijkertijd de biologie stabiel te houden en de schommelingen in biogasproductie op te vangen met een grote precisie. De wkk's draaien continu optimaal en de ontsteking van de fakkel wordt geminimaliseerd.

In de volgende paragrafen trachten wij dit eens in de praktijk om te zetten.

3. Hoe gaat men te werk in de praktijk?

Het is belangrijk volgende taken uit te voeren in de juiste volgorde:

1. het nodige methaandebiet (m3/uur) bepalen om de wkk's op vol vermogen te laten werken.

2. grondstofgegevens vergaren (beschikbaarheid, prijs, nutriënteninhoud, biogaspotentieel en afbraakkinetiek).

3. het basisrantsoen berekenen dat 80% van het nodige biogasdebiet te dekken. Dit met behulp van het totaal biogaspotentieel (de kinetiek heeft hier geen belang). Men houdt hier wel rekening met evenwichtige nutrientbehoeften.

4. Het reguleringsrantsoen berekenen die 20% van het biogasdebiet zal dekken. Hier is de afbraakkinetiek van capitaal belang. De nutriëntinhouden hebben hier weinig belang.

3.1 Bepaling van het nodige methaandebiet

Dit is een eenvoudige taak. Het volstaat de technische wkk-gegevens over te nemen.

3.2 Bepaling van de beschikbaarheid van de grondstoffen

Deze taak is omslachtig en houdt in dat men een grote hoeveelheid informaties moet vergaren die nodig zullen zijn voor de berekening van de twee rantsoenen. Zonder deze gegevens zal de berekening irealistisch zijn zowel op het gebied van de dekking van de nutriëntenbehoeften als op het economisch gebied.

3.2.1 Ingrediënten beschikbaarheid voor de mogelijke grondstoffen die in de rantsoenen kunnen komen

Hier zal men de indruk krijgen dat dit werk verloren tijd is omdat men veel gegevens moet vergaren over grondstoffen die uiteindelijk toch niet in het rantsoen zullen voorkomen. Hoe meer ingrediënten gedefinieert zijn, hoe optimaler het uiteindelijke rantsoen (zowel economisch als op het gebied van de biologische stabiliteit en gezondheid).

Voor elke potentiele grondstof dienen volgede gegevens worden vergaard:

• Dagelijks beschikbare hoeveelheden, seizoensvariaties...
• Prijs, franco per ton
• Opslag en inslag mogelijkheden (steekvast, verpompbaar, bederfbaarheid...)
• Mogelijkheid en kost voor de eventuële voorbehandeling (breken, pletten, malen, mengen enz...) of gebruiksklaar voor injectie in de vergister.
• Analytische gegevens van de nutriëntinhoud (zie volgende paragraaf).

3.2.2 Analyses des nutriments (valeur nutritionnelle des ingrédients)

Uitgebreid nutriënten analyse voor elke grondstof. Deze analysen zijn kostelijk (weendeanalyse is ver onvoldoende). Hiervoor gebruiken wij zoveel mogelijk onze database (meer dan 8000 geanalyseerde grondstoffen) teneinde kosten te besparen. Bij voorbeeld: een vochtige tarwe zal niet moeten worden ontleed omdat deze reeds in onze database aanwezig is. Ook een grrot aantal bijproducten van de belgische agroindustrie zijn reeds aanwezig in de database. Vaak zal het dan enkel nodig zijn een drogestofbepaling en een totale asbepaling uit te voeren om het nutriëntinhoud aan te passen.

Het cijfermateriaal dat nodig is luidt als volgt:

3.2.3 Biogas potentieel EN afbraakkinetiek

Let op dat hier niet enkel het biogaspotentieel van belang is maar evenwel de naukeurige afbraakkinetiek. Nauwkeurige afbraakkinetiek houdt in:

• Exacte positie van de biogas productiepiek (op één ur na en niet op één dag na zoals bepaald door de meeste biogas laboratoria)
• Biogasdebiet (Nm3/uur/ton) op de exacte tijdstip van de piek (gemiddelde debiet van de dag van de piek is niet voldoende)
• Afbouwparameters van het biogasdebiet na de piek.
• Algemene welbekende kinetische parameters (T25, T50, T75, T90)

Wat verstaat men onder "nauwkeurige kinetische gegevens"? Waarom zijn de gegevens van de meeste andere biogaslaboratoria niet bruikbaar?

De analyseapparatuur die ontworpen is bij Winfo werken volgens de VDI4630 satandaard. De (meeste) laboratoria die dit standaard volgen vangen de gassen op in gaszakken (of watersifonbuizen) en bepalen elke dag handmatig de hoeveelheid geproduceerd gas (meestal 1x per dag omdat dit werk arbeidsintensief is). Onze apparatuur is geautomatiseerd en volgt het biogasdebiet continu. Voor de ingrediënten van het reguleringsrantsoen (vroegtijdige en kortstondig biogasproductiepiek) is het belangrijk de productiepiek met het preciese debiet op minder dan één uur na (en niet op één dag na) te bepalen. Indien men een conventionele analyse moest gebruiken zou men wel weten tijdens welke dag deze voorkomt maar niet wanneer binnen die dag. Nog belangrijker is het pereciese debiet/ton product op dat ogenblik, anders gaat de fakkel ontsteken Zie voorbeeld op en niet geraffineerde glycerine.

3.2 Berekening van het basisrantsoen

Het basisrantsoen moet devolgende functies invullen:

- biogas produceren om 80% van de maxaimale behoefte aan gas te dekken van de wkk's

- alle nutriënten aanvoeren om de biologie van de vergister gezond te houden

- geen enkel toxisch nivo bereiken voor elk nutriënt (mineralen en organische)

Dit rantsoen is eigenlijk berekend op dezelfde wijze dan een enkelvoudig totaalrantsoen. In het rantsoen kunnen zowel ingrediënten met snelle of trage afbraakkinetiek (voor zover dat de eerste geen aanzurend effect bereiken in het basisrantsoen).

In het ideaal geval zal dit rantsoen niet variëren in de tijd. Hetzelfde geldt voor de dagelijkse toegediende hoeveelheden. Met andere woorden, wanneer men meer of minder biogas nodig heeft zal men steeds de hoeveelheden van het reguleringsrantsoen aanpassen maar NOOIT DEZE VAN HET BASISRANTSOEN!!!

Het spreekt vanzelf dat deze situatie het ideaal geval voorstelt. Buiten de op de boerderij geproduceerde teelten (kuilmaïs...) of peperdure granen en nobele producten, zullen de industriële bijproducten en afgekeurde producten vaak seizoensgebonden schommelingen kennen. In dat geval wordt het besisrantsoen geleidelijk aangepast (nooit brusk) en het reguleringsrantsoen moet dan de biogasdebieten opvangen.

Onze nutritionele service is een goedkope wijze om u bij te staan in uw rantsoenberekeningen om uw vergisters steeds in topvorm te houden.

3.3 Berekening van het reguleringsrantsoen

Eenmaal dat het basisrantsoen is berekend zal men voor het reguleringsrantsoen enkel het volgende moeten bepalen:

- welke ingrediënten mogen in het rantsoen worden gebruikt (alleen producten met vroegtijdige en korte productiepiek mogen hierin komen).

- welk het biogasdebiet is per ton reguleringsrantsoen zodat men op elk moment de toegediende hoeveelheid kan berekenen in functie van het momentdebiet.

- bepalen welke hoeveelheid maximaal mag worden toegediend zonder het globale rantsoen onevenwichtig te maken.

Zodoende zal u uw vergistingsinstallatie steeds optimaal benutten. Na de ranstoenberekeningen wordt alles eenvoudig:

U voedt steeds dezelfde hoeveelheid basisrantsoen + een bepaalde hoeveelheid reguleringsratsoen nodig om 95-100% wkk vermogen te verkrijgen. Indien de maximale hoeveelheid toe te dienen reguleringsrantsoen wordt overschreden, dan klopt er iets niet in de vergister en zal men zo snel mogelijk een diagnose moeten inschakelen op de digestaten.

Het handigste is enkel verpompbare ingrediënten te gebruiken in het reguleringsrantsoen. Dan is de regulering ook makkelijk automatiseerbaar (pomp aan, pomp uit volgens het huidige biogasdebiet, of zelfs volgens de druk in de vergister).