BMP van melasse uit suikerriet: verhouding F/M, spreiding in resultaten en conclusies uit het overzicht van 2023

Vinasse van suikerriet – de vloeibare reststroom na de destillatie van ethanol – behoort tot de meest voorkomende biogassubstraten in Brazilië, en de resultaten van BMP-tests (biochemical methane potential) zijn hier sterk afhankelijk van de meetomstandigheden, met name van de verhouding tussen substraat en inoculum (F/M). Een onderzoek gepubliceerd in het Brazilian Journal of Chemical Engineering in 2022 bereikte na optimalisatie van F/M een omzettingsefficiëntie naar methaan van 95 ± 2,55% van het theoretische BMP (bij F/M 1,34–1,42 g SCOD per g VSS), maar de auteurs adviseren tegen het vaststellen van één standaard F/M-verhouding voor vinasse.

Wat is er in het onderzoek gedaan

Het onderzoek betreft vinasse van gemengde oorsprong. De auteurs optimaliseerden de F/M-verhouding, dat wil zeggen de relatie tussen de hoeveelheid substraat (omgerekend naar organische stof) en de hoeveelheid microbiologische biomassa in het inoculum. Een te hoge F/M-verhouding kan leiden tot overbelasting en remming van het proces (verzuring, accumulatie van vluchtige vetzuren), terwijl een te lage verhouding het resultaat verlaagt door een teveel aan inoculum en meetproblemen.

Waarom F/M niet standaardiseren

De conclusie van de auteurs is belangrijk: de samenstelling van vinasse varieert afhankelijk van de grondstof, het destillatieproces en het seizoen, waardoor één F/M-verhouding niet voor alle monsters geschikt is. In de laboratoriumpraktijk betekent dit dat voorlopige tests nodig zijn om de F/M-verhouding op het specifieke monster af te stemmen en deze in het rapport te beschrijven, zodat resultaten uit verschillende laboratoria vergelijkbaar zijn.

Waardebereik uit het overzicht

Een overzicht gepubliceerd in Fermentation in april 2023 geeft aan dat het methaanpotentieel van vinasse ligt tussen 215–324 L CH₄ per kilogram organische stof en merkt op dat de implementatie van de technologie in Brazilië beperkt is. De spreiding van 215–324 toont aan hoe groot de invloed is van de experimentele omstandigheden en de monstersamenstelling.

Valkuil van eenheden

BMP-resultaten voor vinasse worden in de literatuur op verschillende manieren gerapporteerd: in liters CH₄ per gram oDS, per gram verwijderd CZV, per ton verse massa. Een kinetisch onderzoek naar rietsuikerafval (vinasse, filterkoek, bagasse, stro) gepubliceerd in Int. J. Mol. Sci. rapporteert bijvoorbeeld methaanopbrengsten van 5 tot 181 Nm³ per ton verse massa, bij sterk verschillende materiaaleigenschappen. Het vergelijken van cijfers zonder omrekening naar een gemeenschappelijke eenheid leidt tot verkeerde conclusies.

Hoe de spreiding te interpreteren

De spreiding wordt beïnvloed door: de samenstelling van vinasse (gehalte aan organische stof en CZV), pH, aanwezigheid van sulfaten en kalium, testtemperatuur, activiteit en adaptatie van het inoculum, duur van de test en de methode voor gasmeting. Voor nieuwe projecten dient men daarom te vertrouwen op metingen van eigen monsters, terwijl literatuurwaarden als een indicatief bereik beschouwd moeten worden.

Vinasse als substraat

Volgens het overzicht in Fermentation ontstaat vinasse bij de productie van ethanol in een hoeveelheid van ongeveer 360 miljard liter, heeft een gemiddeld CZV van ongeveer 46.000 mg/L en bevat nog ongeveer 11% van de oorspronkelijke energie van het rietsap, maar in verdunde vorm. Meestal wordt het gebruikt als meststof (fertigatie) of afgevoerd, terwijl anaerobe vergisting een technologie is die volgens de auteurs in het verleden slechts door ongeveer 3% van de Braziliaanse bio-ethanolinstallaties werd toegepast, waarbij de meeste hiermee zijn gestopt. Resultaten uit Int. J. Mol. Sci. geven aan dat vanwege het lage droge-stofgehalte van vinasse systemen met immobilisatie van biomassa worden aanbevolen, en dat filterkoek de biogasproductie uit vinasse buiten het suikerrietcampagneseizoen kan aanvullen.

Goede praktijken voor rapportage

• Geef de F/M-verhouding (omgerekend naar oDS) en de methode voor de bepaling ervan,
• Beschrijf de herkomst en adaptatie van het inoculum en de activiteit ervan (controleproef met cellulose of een ander referentiesubstraat),
• Geef de temperatuur, duur van de test en het aantal herhalingen en blanco-proeven,
• Bepaal de methode voor normalisatie van het gasvolume (Nm³ of NmL onder normale omstandigheden),
• Geef duidelijk de eenheid van het resultaat aan (per g oDS, per g CZV, per ton verse massa).

Van BMP naar project

BMP is het maximale potentieel onder laboratoriumomstandigheden, terwijl de werkelijke productie in een reactor afhankelijk is van de verblijftijd, belasting, temperatuur en inhibitie. Daarom dient de BMP-waarde voor vergelijkingen en voorlopige balansen, terwijl voor het ontwerp van een installatie aanvullende continue of pilot-tests nodig zijn. Voor vinasse, waarvan de samenstelling per seizoen verandert, is het raadzaam om metingen op verschillende tijdstippen tijdens de campagne te plannen.

Wat dit betekent voor Polen en Europa

De methodologische les is universeel: zelfs voor een enkel substraat zoals vinasse zijn BMP-resultaten afhankelijk van F/M, inoculum en eenheden. Voor Poolse laboratoria is dit een argument om aanbevolen protocollen (bijv. VDI 4630) te volgen en volledige onderzoeksomstandigheden te rapporteren, om het vergelijken van gegevens uit verschillende landen te vergemakkelijken.