Rijststro en varkensdrijfmest: biologische voorbehandeling met cellulolytische microflora levert 342 mL CH₄/g organische droge stof op

Een team van de Jiangxi Agricultural University (Nanchang, China) toonde aan dat een korte biologische voorbehandeling van een mengsel van rijststro en varkensdrijfmest met cellulolytische microflora de methaanopbrengst met ongeveer 45% verhoogt. In het voorbehandelde monster bedroeg de cumulatieve opbrengst 342,35 mL CH₄/g oDS, terwijl deze in de controle 236,03 mL/g oDS was. Het onderzoek verscheen in Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (deel 8, 2020; online publicatie op 4 februari 2021).

Hoe het experiment werd ontworpen

Het mengsel van rijststro (51,15 g) en varkensdrijfmest (47,85 g) werd zodanig samengesteld dat een C/N-verhouding van 30:1 werd bereikt, wat als gunstig voor methaangisting wordt beschouwd. De biologische voorbehandeling vond plaats met 10% (v/v) cellulolytische microflora bij een temperatuur van 55 °C, zonder roeren, gedurende 30 uur bij een pH van 7,6. Vervolgens werd de anaerobe vergisting uitgevoerd in negen reactoren met een inhoud van 9 L (elk drie voor het voorbehandelde monster, de controle en een blanco proef met alleen slib), onder mesofiele omstandigheden (35 ± 0,5 °C) gedurende 15–20 dagen, met roeren bij 30 omw./min. De maximale belasting bedroeg 2,5 kg CZV/(m³·d). Methaan werd gemeten volgens de waterverplaatsingsmethode, na verwijdering van CO₂ en H₂S met een NaOH-oplossing.

Resultaten

Naast de cumulatieve opbrengst pasten de auteurs kinetische modellen toe: het gemodificeerde Gompertz-model gaf een M_max van 350,79 mL/g oDS voor het voorbehandelde monster en 241,82 voor de controle; het eerste-orde-model respectievelijk 321,78 en 231,13. De maximale methaanproductiesnelheid steeg van 24,60 naar 45,36 mL/(g oDS·d), en de vertragingsfase verkortte van 2,43 naar 1,79 dagen. De hydrolyseconstante (k) steeg van 0,26 naar 0,46 d⁻¹, en de tijd om 90% van de opbrengst te bereiken, daalde van 10,7 naar 8,92 dagen. De passing van het Gompertz-model bedroeg R² 0,996–0,997, en die van het eerste-orde-model 0,966–0,973.

Waarom dit belangrijk is voor BMP

De waarde van 342 mL CH₄/g oDS heeft betrekking op het mengsel van stro en drijfmest na voorbehandeling, en niet op zuiver stro. Deze waarde is daarom niet geschikt om als BMP voor rijststro te worden opgenomen; het is een waarde voor een specifieke samenstelling. Tegelijkertijd zijn de kinetische constanten waardevol voor ontwerpers, omdat ze aantonen dat de voorbehandeling de verblijftijd verkort, en niet alleen de eindopbrengst verhoogt.

Beperkingen

De test werd uitgevoerd op laboratoriumschaal, met één type inoculum (300 g anaeroob slib). Het overbrengen van de resultaten naar industriële schaal vereist een energetische verificatie (verhitting tot 55 °C gedurende 30 uur) en een kostenanalyse voor het onderhoud van micro-organismeculturen; de auteurs presenteerden een eigen energiebalans, waarvan de waarden in de brontekst niet consistent zijn, daarom worden deze hier niet weergegeven.

Wat dit betekent voor Nederland/Europa

Covergisting van stro met varkensdrijfmest is ook in Nederlandse omstandigheden uitvoerbaar, maar de meeste onderzoeken wijzen uit dat eenvoudigere methoden — zoals verkleining, stabiele voeding en aanpassing van de retentietijd — een goed effect geven tegen lagere kosten. Het Chinese onderzoek is een voorbeeld van de onderzoeksrichting naar biologische hydrolysetechnieken.