Monovergisting

Anaërobe vergisting is een proces waarbij micro-organismen in afwezigheid van zuurstof organisch materiaal afbreken, wat resulteert in de productie van biogas. Het anaërobe verwerkingsproces bestaat uit vier anaërobe verteringsstappen: hydrolyse, acidogenese, acetogenese en methanogenese.

Tijdens de hydrolyse worden complexe organische moleculen afgebroken tot eenvoudiger organische moleculen door enzymen die door micro-organismen worden geproduceerd. De eenvoudiger organische moleculen worden vervolgens verder afgebroken tot vluchtige vetzuren tijdens de acidogenesefase, waarin acidogene bacteriën een cruciale rol spelen.

In de acetogenesefase worden de vluchtige vetzuren door acetogene bacteriën omgezet in azijnzuur, waterstof en koolstofdioxide. Ten slotte zetten methanogene bacteriën in de methanogenesefase het azijnzuur, de waterstof en de koolstofdioxide om in methaan en koolstofdioxide, die samen het biogas vormen.

Het succes van anaërobe behandeling hangt af van de concentratie micro-organismen en hun vermogen om vluchtige vaste stoffen om te zetten in biogas. De concentratie van micro-organismen in anaërobe vergistingssystemen wordt beïnvloed door de aard van de grondstof, inclusief de energie-inhoud van het biologisch afbreekbare materiaal, en de milieuomstandigheden in de vergistingstanks.

Thermofiele vergistingssystemen, die bij hogere temperaturen werken, hebben de voorkeur voor de vergisting van varkensmest, terwijl mesofiele vergistingssystemen worden gebruikt voor stabiele vergistingsprocessen en vergisting op boerderijen. Een interessant onderdeel van het anaërobe zuiveringsproces is de productie van methaan.

De gemiddelde methaanproductie van een bepaalde grondstof kan variëren afhankelijk van verschillende factoren, waaronder het soort materiaal, het niveau van voorbehandeling, de energie-inhoud en de milieuomstandigheden. De fracties methaan in biogas en andere methaanopbrengsten kunnen ook variëren afhankelijk van het soort grondstof en de mate van voorbehandeling.

De methaanvorming kan worden geoptimaliseerd door de vergistingsreactoren te verbeteren door een beter beheer van de grondstoffen, een beter reactorontwerp en optimalisering van de milieuomstandigheden.

Mono-gisting biedt verschillende voordelen, waaronder:

• Productie van hernieuwbare energie: Monovergisting biedt omzetting in biogas dat kan worden gebruikt om hernieuwbare energie op te wekken, waardoor de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en de uitstoot van broeikasgassen wordt verminderd.
• Minder afval: Monovergisting vermindert de hoeveelheid organisch afval die naar stortplaatsen wordt gestuurd, waardoor de methaanuitstoot van stortplaatsen afneemt.
• Productie van waardevolle meststoffen: Monovergisting produceert een voedingsrijke vertering van voedselafval dat kan worden gebruikt als meststof, waardoor de bodem gezonder wordt en er minder synthetische meststoffen nodig zijn.
• Diverse grondstoffen: Monovergisting kan een breed scala aan grondstoffen verwerken, waardoor minder afval ontstaat en het potentieel voor de productie van hernieuwbare energie toeneemt.
• Lagere kapitaal- en exploitatiekosten: Monovergistingssystemen hebben lagere kapitaal- en bedrijfskosten dan meertraps anaerobe vergistingssystemen, waardoor ze toegankelijker zijn voor kleinschalige exploitanten.

Hoewel monovergisting verschillende voordelen biedt, zijn er ook enkele uitdagingen en beperkingen aan het proces verbonden.

Een van de uitdagingen is de remming van de acidogenesefase door ammoniak en andere schadelijke verbindingen in het uitgangsmateriaal. Ammoniakremming kan leiden tot een afname van de omzetting in biogasproductie en een toename van de productie van organische zuren zoals propionzuur, die zich kunnen ophopen en de methanogenesefase kunnen remmen.

Een andere uitdaging is de mate van voorbehandeling die vereist is voor bepaalde grondstoffen zoals voedselafval en zuiveringsslib. Voor deze materialen kan een extra voorbehandeling nodig zijn om complexe organische moleculen af te breken en de biologische beschikbaarheid van het materiaal voor de microbiële gemeenschap te vergroten.

Ten slotte kan de toepassing van monovergisting worden beperkt door de mate van bederfelijkheid van de grondstof. Zeer bederfelijk materiaal, zoals voedselafval en slachtafval, kan meer geschikt zijn voor andere anaerobe vergistingsprocessen, zoals droge vergisting of natte vergisting onder mesofiele of thermofiele omstandigheden.

Verschillende factoren kunnen de efficiëntie van het mono-gistingsproces beïnvloeden, waaronder:

1. Grondstofmateriaal: De samenstelling van de mest en de eigenschappen van de grondstof, zoals de mate van bederfelijkheid, zijn van invloed op de vergistingssnelheid en de methaanopbrengst.
2. Niveau van voorbehandeling: De mate van voorbehandeling van de grondstof, zoals malen en mengen, beïnvloedt de toegankelijkheid van de micro-organismen tot het organische materiaal, waardoor de vergistingssnelheid en de methaanopbrengst toenemen.
3. Milieuomstandigheden: Milieuomstandigheden, zoals temperatuur, warmtevraag, pH, vocht en energie-inhoud, beïnvloeden de groei en activiteit van de micro-organismen, waardoor de vergistingssnelheid en de methaanopbrengst worden beïnvloed.
4. Remming: Remming van het anaerobe zuiveringsproces kan optreden als gevolg van verschillende factoren, waaronder hoge niveaus van ammoniak, vluchtige vetzuren en waterstofsulfide, alsmede de aanwezigheid van schadelijke bacteriën.

Industriële roerwerken spelen een cruciale rol in de efficiëntie van mono-fermentatiesystemen. Roerders zorgen ervoor dat de grondstof grondig wordt gemengd met de microbiële gemeenschap, waardoor het afbraakproces verbetert en de biogasproductie toeneemt.

Roerders voorkomen ook de ophoping van vluchtige vaste stoffen in de reactor en zorgen ervoor dat de microbiële gemeenschap toegang heeft tot het uitgangsmateriaal. Bovendien kunnen roerders de reactiesnelheid verhogen en de verblijftijd die nodig is voor volledige afbraak van de grondstof verkorten.

Industriële roerwerken verbeteren niet alleen de efficiëntie van het mono-fermentatieproces, maar kunnen ook helpen het energieverlies te beperken. Roerders kunnen afvalwarmte en energie-input van andere processen overbrengen naar de monogistingsreactor, waardoor minder energie nodig is voor het stabiele vergistingsproces.

Monovergisting is op grote schaal toegepast in Europa, met name in landen als Duitsland, Nederland en Denemarken, waar sterk de nadruk wordt gelegd op de productie van hernieuwbare energie en afvalvermindering.

In de Verenigde Staten is de invoering van mono-vergisting trager verlopen als gevolg van factoren zoals lagere energieprijzen en de beschikbaarheid van andere hernieuwbare energiebronnen zoals wind- en zonne-energie. De belangstelling voor monovergisting is echter toegenomen, met name in de landbouwsector, waar het proces kan helpen de milieueffecten van veehouderijactiviteiten te verminderen.