Wat is nu net anaerobe vergisting?
Anaerobe vergisting is in eerste plaats een microbiologisch fermentatieproces waarbij complexe moleculen afgebroken worden tot eenvoudiger producten zoals alcohol, CO2, CH4, vluchtige vetzuren, e.d. In de praktijk wordt dit proces gebruikt om brood te laten gisten, bier te maken, maar eveneens biogas. Dit biogas kan dan energetisch gevaloriseerd worden door verbranding met productie van warmte en/of elektriciteit.
Biogas is niet nieuw. Dat uit de afbraak van organisch materiaal brandbaar gas komt, is al reeds langer geweten. De Assyriërs zouden hun badwater hiermee verhitten. Gas dat uit moerassen opborrelde, werd aanzien als geesten. In China en India zijn de rurale toepassingen al zeer lang gewone praktijk. Volta deed wetenschappelijke vaststellingen en tijdens de 2de wereldoorlog was er sterke interesse voor de techniek in het Westen. Tijdens de oliecrisis van de jaren '70 werden grote commerciële installaties in Europa (vnl. Duitsland) in gebruik genomen.
Via vergisting zet een consortium van verschillende soorten micro-organismen biomassa en organisch afval om naar biogas, een mengsel van methaan (CH4), koolstofdioxide (CO2), en kleinere bestanddelen (H2O, H2S, NH3, . . . ). Methaan is een energiedragend gas dat in een verbrandingsmotor kan worden omgezet naar stroom, warmte of mechanische arbeid.
Het anaerobe vergistingsproces bestaat uit een reeks opeenvolgende metabolische processen die in vier fasen op te delen zijn: hydrolyse, acidogenese, acetogenese en methanogenese.
De biomassa wordt door het hydrolyseproces afgebroken tot wateroplosbare organische bestanddelen. Dit is een traag proces dat beïnvloed wordt door de pH en verblijftijd in de reactor. Hydrolyse gebeurt extracellulair door enzymen die afgescheiden zijn door de bacteriën. Als tweede stap vindt verzuring plaats. De organische componenten worden hierdoor verder afgebroken tot vluchtige vetzuren (vb. azijnzuur, melkzuur, boterzuur) en alcoholen (vb. ethanol). Tijdens de acidogenese worden de resten zuurstofgas opgebruikt door facultatief anaerobe bacteriën. Op die manier wordt een anaeroob milieu gecreëerd dat noodzakelijk is voor de anaerobe methaanbacteriën. In de derde stap, de acetogenese, worden de intermediaire producten door acetogene bacteriën verder afgebroken tot azijnzuur, H2 en CO2. In de laatste stap wordt methaan gevormd. De methaanproductie komt tot stand door de inwerking van methaanbacteriën die het azijnzuur splitsten of CO2 reduceren met waterstofgas. Het is van belang om dit proces in de vergister goed op te volgen. Al deze biologische omzettingsprocessen moeten nauw aan elkaar gekoppeld blijven tijdens het volledige proces. Zoniet kan onder andere verzuring van de vergister optreden waardoor een stabiele omzetting uitblijft.
Voordelen
De productie van biogas en biomethaan brengt verschillende voordelen met zich mee. Deze voordelen kunnen opgedeeld worden in sociale, ecologische en economische voordelen.
Bron: Revue des externalités positives de la filière biométhane - ENA Consulting, 2019; Beyond energy: monetising biomethane's whole system benefits - EBA, 2023
Veiligheid van co-vergistingsinstallaties
Bij een anaerobe vergistingsinstallatie loeren heel wat potentiële gevaren om de hoek. Door deze mogelijke risico’s op voorhand te identificeren, kunnen de nodige maatregelen getroffen worden om de installatie zo veilig mogelijk te bouwen en uit te baten. Alvorens men start met het bouwen van de reactoren is het nuttig een stabiliteitsstudie uit te voeren. Op die manier kan men voorkomen dat de reactoren instorten ten gevolge van een instabiele ondergrond.
Het gas dat geproduceerd wordt, bestaat gemiddeld uit 55-65% methaan en 35-45% CO2. Dit gas (vooral methaan) kan een explosief mengsel vormen in combinatie met de omgevingslucht. De onderste explosielimiet voor methaan bedraagt 5%vol, de bovenste explosielimiet 15%vol. Dit betekent dat zich een explosief mengsel vormt wanneer de concentratie methaan in de omgevingslucht tussen de 5 en 15%vol bedraagt. Wanneer de concentratie methaan in lucht >50% bedraagt, krijgt men een ontvlambaar mengsel. Aangezien methaan lichter is dan lucht, en CO2 zwaarder, kan het biogas ontmengen, waardoor bovenin de gebouwen een explosief of brandbaar mengsel kan gevormd worden. Wanneer een explosief mengsel aanwezig is, betekent dit nog niet dat zich automatisch een explosie zal voordoen. Daarvoor is ook nog een ontsteking nodig. Om dit te vermijden, moet gezorgd worden dat zich geen ontstekingsbronnen in de gevaarlijke zones kunnen bevinden.
Explosie is niet het enige gevaar dat zich bij een vergistingsinstallatie kan voordoen. Wanneer het gas zich opstapelt in de reactor, bv. wanneer de motor onverwacht stilvalt en er meer gas wordt geproduceerd dan kan verbrand worden, bestaat het risico dat de druk in de reactor te hoog wordt, wat kan leiden tot het openscheuren van de tank, met als gevolg het vrijkomen van het biogas en het wegvloeien van de reactorinhoud. Ook het omgekeerde kan voorvallen: wanneer door een defect meer gas wordt aangezogen naar de motor dan kan worden geproduceerd door de bacteriën, kan een onderdruk ontstaan, waardoor de reactor kan imploderen en het digestaat wegstroomt uit de reactor. Een eenvoudige drukbeveiliging kan in beide gevallen soelaas bieden. Uiteraard zullen ook hier maatregelen genomen moeten worden in het kader van explosieveiligheid.
Verder spelen ook de toxicologische aspecten een rol. Zo dreigt verstikkingsgevaar wanneer de concentratie aan methaan hoger is dan 87%vol. Bij concentraties aan CO2 hoger dan 5%vol is er gevaar voor de gezondheid, vanaf 11%vol treedt binnen de minuut bewusteloosheid op en vanaf 25-35%vol stuiptrekkingen. H2S betekent een gevaar voor de gezondheid vanaf 10 ppm en er is imminent levensgevaar vanaf 500 ppm. Het grote gevaar hier schuilt erin dat H2S reukloos is in de gevaarlijke concentraties. Afhankelijk van het soort materiaal dan men vergist, is er ook een risico op besmetting met pathogenen.