Rijststro en stalmest in Japans onderzoek: BMP, covergisting en inoculum

Rijststro is in Japan een van de belangrijkste landbouwreststromen, en het energetische gebruik ervan wordt al jaren onderzocht. Hieronder drie studies uit verschillende decennia: metingen van het methaanpotentieel uit 1999, een onderzoek naar covergisting van voederrijst uit 2012 en thermofiele vastefase-covergisting uit 2022.

BMP uit 1999: stalmest, stro en slachtafval

Katou en Noike (Journal of the Japan Society of Waste Management Experts, 1999) onderzochten de anaerobe vergisting van landbouw- en veeteeltafval. De methaanopbrengst (Nml CH₄/g oDS) bedroeg: varkensstalmest 236, rundveestalmest 158, pluimveestalmest 320, varkensingewanden 705, rijststro 264 en sinaasappelpersresten 536. De auteurs stelden vast dat rijststro en sinaasappelpersresten bijzonder geschikt zijn voor energie-terugwinning in het winterseizoen. In een casestudy van een installatie die varkensstalmest (van 35.000 dieren; in de samenvatting "35,000 heads/d"), rundveestalmest (van 1.500 dieren; "1,500 heads/d"), varkensingewanden (4,2 ton per dag) en sinaasappelpersresten (30 ton per dag) verwerkte, bedroeg de totale methaanproductie 8.400 Nm³ per dag, waarvan 6.400 Nm³ per dag een overschot vormde dat zonder verwarming van het proces kon worden benut. De reststoffen bestonden uit bovenstaande vloeistof (300 m³ per dag) en ontwaterd digestaat (60 ton per dag); de vloeistof vereiste verdere zuivering (nitrificatie en denitrificatie) vanwege de hoge ammoniakkoncentratie, maar bleek na gedeeltelijk gebruik een effectieve vloeibare meststof, en het digestaat was eveneens een bruikbare meststof.

Voederrijst bemest met mest (2012)

Zhou, Iino, Nakashimada en Hosomi (Water Science & Technology 66(2), 2012) onderzochten op rijstvelden in Japan drie rassen voederrijst, bemest met vloeibare rundveemest; bemesting met mest kan de behoefte aan minerale meststoffen verminderen, en het stro is geschikt voor biogasproductie. Het totale methaanpotentieel van het ras Leafstar was hoger dan dat van de andere rassen, en de vertragingsfase (lag) was aanzienlijk korter. Covergisting van ethanolfermentatieresten met Leafstar-stro toonde aan dat de N-NH₄⁺-concentratie afneemt naarmate de C/N-verhouding stijgt, en het methaanpotentieel van het mengsel was hoger dan dat van de ethanolresten of het stro afzonderlijk. De auteurs beschouwden Leafstar als een veelbelovend ras voor systemen voor landbouwrecycling.

Voedselafval, stro en rijstkaf (2022)

Shimizu en medeauteurs (Journal of Material Cycles and Waste Management 24(6), 2022) voerden vastefase-covergisting uit van voedselafval (FW) in thermofiele vergisters. Ammoniakremming werd beperkt door toevoeging van seizoensgebonden rijststro (RS) en het hele jaar door beschikbaar rijstkaf (RH), en de afbraak van lignocellulosehoudende biomassa werd versneld door toevoeging van pensinhoud van runderen als bron van micro-organismen. Bij uitsluitend restaurantafval (gemiddelde C/N = 13) leidde de ophoping van ammoniak tot een verminderde methaanproductie. Methaan werd stabiel geproduceerd wanneer RS en RH werden gemengd met FW bij een verhouding van droge stof RS en RH tot FW van 2,0 (30–40% DS, belasting 5,08 kg oDS/m³·d). De methaanopbrengsten bedroegen: FW 0,573 m³/kg oDS, RS 0,259 m³/kg oDS (vergelijkbaar met het BMP van deze substraten), en RH 0,115 m³/kg oDS (meer dan het BMP). In het slib domineerden hydrogenotrofe methanogenen Methanoculleus en Methanothermobacter.

Hoe getallen voorzichtig te interpreteren

• Waarden uit verschillende studies verschillen door de methode (BMP vs. reactortests), inoculum, temperatuur en eenheid (mL/g oDS vs. m³/kg oDS).
• Omrekeningen: 0,259 m³/kg oDS komt overeen met 259 mL/g oDS, wat zeer dicht bij het resultaat van 264 uit de studie van 1999 voor rijststro ligt.
• De lage opbrengst van rundveestalmest (158) vergeleken met stro (264) en voedselafval (573 in de reactor) suggereert dat stalmest in een mengsel eerder een matige bijdrage aan methaan levert dan de belangrijkste bron ervan te zijn; de eventuele stabiliserende rol en bijdrage als microflorabron moeten afzonderlijk worden bevestigd.

Conclusies voor de praktijk

1. Rijststro is een substraat met een matig BMP (ca. 260 mL/g oDS in beide studies), dat goed combineert met stikstofrijke substraten.
2. Covergisting verbetert de C/N-balans en beperkt ammoniakremming (2012 en 2022).
3. Bij het plannen van investeringen dient men zich te baseren op eigen BMP-onderzoek van monsters uit het betreffende bedrijf, terwijl de literatuur dient om het bereik te bepalen.