Covergisting van substraten: hoe de stabiliteit en het rendement van een biogasinstallatie te verhogen

Covergisting, ofwel de gelijktijdige anaerobe vergisting van twee of meer substraten, is in de praktijk de standaard in biogasinstallaties, omdat zij de stabiliteit van het proces en de nutriëntenbalans verbetert, en vaak ook de economie. Het mengsel kan de tekorten van het ene substraat (bijv. een lage C:N of een gebrek aan sporenelementen) aanvullen met de eigenschappen van het andere. De effectiviteit is echter niet automatisch: de verhoudingen moeten worden gekozen en in het laboratorium worden getoetst.

Waarom substraten mengen

Elk substraat heeft andere kenmerken. Sommige leveren veel energie, maar verzuren de vergister, andere hebben een laag methaanpotentieel, maar stabiliseren de pH dankzij een grote buffercapaciteit. Combineren maakt het mogelijk:

• de verhouding koolstof tot stikstof (C:N) te verbeteren,
• potentieel remmende stoffen (bijv. ammoniak) te verdunnen,
• seizoensgebonden schommelingen in beschikbaarheid te egaliseren,
• de reologische eigenschappen van het mengsel te verbeteren,
• de microbiologische diversiteit te vergroten.

De C:N-verhouding

Als optimum wordt vaak een C:N in de bandbreedte van ca. 20–30:1 aangehouden. Een te lage (onder ca. 15:1) bevordert een overmatige ammoniakvrijstelling, die methanogenen remt, en een te hoge (boven ca. 35:1) betekent een stikstoftekort voor de biomassa van micro-organismen. Kippen- en varkensmest hebben een lage C:N (enkele tot enkele tientallen), maïskuil ca. 40, en stro duidelijk hoger (enkele tientallen). C:N alleen is niet voldoende om te beoordelen; er moet rekening worden gehouden met de beschikbaarheid van koolstof, de pH en ammoniak (C:N-verhouding in het substraatmengsel).

Beproefde combinaties

• Drijfmest + voedselafval: drijfmest zorgt voor buffer en een populatie micro-organismen, afval voegt energie toe; de sleutel is een geleidelijk verhoogde dosis om verzuring te voorkomen.
• Maïskuil + slachtafval: kuil levert een stabiele input, slachtafval verhoogt de opbrengst; de risico’s zijn schuimvorming, ammoniak en langketenige vetzuren, dus het aandeel van dergelijk afval wordt beperkt en voorzichtig ingevoerd. Daarnaast gelden sanitaire eisen.
• Stalmest + groente- en fruitafval: stalmest stabiliseert de pH en levert sporenelementen, en het afval brengt gemakkelijk vergistbare suikers in; bijzonder gunstig in regio’s met agrovoedingsverwerking.

De afzonderlijke substraten beschrijven de artikelen Drijfmest als basissubstraat en Maiskuil voor biogas.

Synergie: wat het is en wanneer het optreedt

Van synergie spreken wij wanneer de methaanopbrengst van het mengsel hoger is dan de som van de resultaten van de afzonderlijk vergiste substraten. De mechanismen zijn een betere balans van macro- en sporenelementen, verdunning van remmers, verbetering van de slibstructuur en een grotere microbiologische diversiteit. Het effect is echter niet de regel: bij een deel van de mengsels treedt het op, bij een deel niet, en bij sommige is het negatief. Daarom wordt aanbevolen vóór een wijziging van de receptuur op technische schaal een BMP-test van het mengsel uit te voeren in de verhoudingen die zullen worden gebruikt (Covergisting: planning van het substraatmengsel).

Praktische regels voor invoering

1. Voer nieuwe substraten geleidelijk in; verhoog het aandeel met een klein percentage per week en observeer het proces.
2. Monitor FOS/TAC en pH regelmatig (FOS/TAC: hoe te meten).
3. Homogeniseer het mengsel voordat het in de vergister wordt gevoerd, om lokale verzuringszones te vermijden.
4. Documenteer recepturen en correlaties met het rendement.
5. Controleer de wettelijke eisen: de lijst van substraten voor agrarisch biogas, regels voor afval en dierlijke bijproducten.

Het plannen van de jaarbalans van substraten en reserves bespreekt het artikel Planning van de substraatbehoefte.

Risico’s en beperkingen

Covergisting is geen universele oplossing. De toevoeging van een substraat met een hoog eiwit- of vetgehalte kan het risico op schuimvorming en remming vergroten, en een verandering van het mengsel beïnvloedt de reologische eigenschappen, wat doorwerkt in de werking van roerwerken en pompen. Ook de samenstelling van het digestaat en de juridische status ervan veranderen, als afval buiten de lijst van substraten voor agrarisch biogas in de input terechtkomt. Om die redenen moet elke nieuwe receptuur technologisch, economisch en juridisch worden beoordeeld, en niet alleen op het BMP-resultaat.

De rol van het laboratorium

BMP-onderzoek van mengsels, analyse van DS en oDS, bepaling van ammoniak, FOS/TAC en de samenstelling van biogas vormen een instrumentarium om de aannames te verifiëren. Het is ook de moeite waard een eigen database met resultaten bij te houden: het koppelen van de receptuur aan de feitelijke opbrengst van de installatie maakt het mettertijd mogelijk de laboratoriumresultaten naar technische schaal te kalibreren.