Biogas, over duurzaamheid, productie en toepassingen

1. Wat is biogas?

Biogas is een gas dat vrijkomt bij de vergisting van organisch materiaal. Deze vergisting is een natuurlijk proces waarbij micro-organismen organische stoffen afbreken in een zuurstofarme omgeving (anaëroob). Het belangrijkste bestanddeel van biogas is methaan, dat doorgaans 50 tot 70 procent van het gasmengsel beslaat. De rest bestaat vooral uit koolstofdioxide (CO₂), waterstofsulfide (H₂S), waterdamp en andere sporen van gassen.

In veel artikelen over hernieuwbare energiebronnen wordt biogas genoemd als een uitstekend alternatief voor fossiele brandstoffen zoals aardgas, steenkool of olie. Het is een belangrijke vorm van hernieuwbare energie, omdat het gebruikmaakt van afvalstromen en restproducten. Niet alleen draagt de toepassing van biogas bij aan de reductie van broeikasgassen, maar ook aan het circulaire gebruik van grondstoffen.

Als we het over ‘groen gas’ hebben, bedoelen we vaak opgeruwd biogas of vergisting gas. Dat wil zeggen: biogas dat dusdanig is gezuiverd dat het dezelfde kwaliteit benadert als aardgas. Daardoor kan groen gas in het bestaande gasnet worden geïnjecteerd en gebruikt worden voor verwarming, koken of transportbrandstof in bijvoorbeeld gas voertuigen. Het gebruik van biogas heeft meerdere voordelen, waaronder een lagere CO₂-uitstoot en de mogelijkheid om lokale afvalstromen efficiënt te benutten.

Hoewel biogas al langere tijd bestaat als energiebron, is het de laatste decennia steeds populairder geworden vanwege de groeiende aandacht voor duurzame en klimaatvriendelijke energieoplossingen. Vooral landbouwbedrijven en afvalverwerkers zien in dat ze met de juiste installaties hun eigen afval en mest kunnen omzetten in energie. Dit biedt economische voordelen en draagt bij aan een beter milieu.

2. Productie van biogas

2.1 Anaërobe vergisting

De productie van biogas vindt plaats via een proces dat we ‘anaërobe vergisting’ noemen. Hierbij wordt organisch materiaal (zoals mest, slachtafval, gewasresten of groente- en fruitafval) afgebroken door bacteriën in een omgeving zonder zuurstof. Dit gebeurt in speciale vergistingsinstallaties, ook wel digesters genoemd.

Er zijn grofweg vier fasen in dit proces:

• Hydrolyse: de complexe, lange ketens van koolhydraten, eiwitten en vetten worden afgebroken tot eenvoudigere verbindingen.
• Acidogenese: de eenvoudiger verbindingen worden door zuur vormende bacteriën omgezet in vluchtige vetzuren, koolstofdioxide, waterstof en alcoholen.
• Acetogenese: de vluchtige vetzuren en alcoholen worden verder omgezet in azijnzuur, waterstof en koolstofdioxide.
• Methanogenese: in deze laatste stap zetten methaanproducerende bacteriën (methanogenen) de azijnzuur en waterstof om in methaan en koolstofdioxide.

Het resultaat van deze vier fasen is een gasmengsel bestaande uit methaan (CH₄), koolstofdioxide (CO₂) en kleine hoeveelheden andere gassen. De efficiëntie van dit proces is afhankelijk van verschillende factoren, zoals de temperatuur, de zuurgraad en de samenstelling van het substraat (het organische materiaal).

2.2 Voedselresten en mest als grondstoffen

In krantenartikelen en online rapporten over circulaire economie wordt vaak gewezen op de grote hoeveelheden organisch afval die jaarlijks worden geproduceerd. Voedselresten uit huishoudens en supermarkten, mest uit de veehouderij en reststromen uit de voedingsmiddelenindustrie vormen een enorm potentieel voor biogasproductie. Door deze reststromen te vergisten, kan men duurzame energie opwekken en tegelijkertijd de hoeveelheid afval verminderen.

Naast voedingsafval is mest een van de meest gebruikte grondstoffen voor biogasproductie, zeker in agrarische regio’s. Mestvergisting biedt niet alleen een gasstroom die gebruikt kan worden voor energieopwekking of verwarming, maar ook een eindproduct (digestaat) dat als meststof terug op het land kan worden gebracht. Dit sluit naadloos aan bij het idee van kringlooplandbouw, waarbij restproducten zoveel mogelijk opnieuw in het landbouwproces worden ingebracht.

Ook andere biomassa kan in aanmerking komen, zoals slib uit rioolwaterzuiveringsinstallaties, tuin- en snoeiafval en speciaal geteelde energiegewassen (bijvoorbeeld maïs of rogge). Echter, het verbouwen van energiegewassen speciaal voor biogas staat soms ter discussie, omdat men zich afvraagt of dit niet concurreert met voedselproductie en natuurbehoud.

2.3 Opschaling en installaties

De installaties om biogas te produceren variëren sterk in grootte: van kleine vergisters op boerderijschaal tot grootschalige industriële fabrieken. De kleinere installaties worden vaak toegepast op boerderijen waar men voldoende mest heeft om zelfvoorzienend in energie te worden of zelfs terug te leveren aan het net. Grotere installaties verwerken meerdere soorten afvalstromen uit de omgeving en leveren biogas aan bedrijven, gemeenten of het gasnet.

Bij de opschaling van biogasproductie komen echter ook uitdagingen kijken. De installatie van vergisters is kostbaar, en er zijn strikte regels rond emissies en stankoverlast. Toch pleiten voorstanders voor een verdere uitrol van biogas, omdat het een belangrijke schakel kan zijn in de transitie naar duurzame energie en een circulaire economie.

3. Soorten biogas

3.1 Landfill gas

Een eerste categorie is zogenaamd ‘landfill gas’, dat vrijkomt op stortplaatsen. Wanneer organisch afval op een stortplaats onder een dikke laag grond begraven ligt, kan er in de afgesloten ruimte een anaërobe vergisting ontstaan. Bij voldoende hoeveelheden organisch materiaal en de juiste omstandigheden komt hier biogas vrij, dat men kan afvangen met gasputten en vervolgens gebruiken voor elektriciteitsopwekking of warmte. Landfill gas is vaak minder schoon dan biogas uit een gecontroleerde vergister, maar het is wel een waardevolle manier om afvalgas dat anders in de atmosfeer terecht zou komen, nuttig in te zetten.

3.2 Rioolwater zuiveringsgas

Ook in rioolwaterzuiveringsinstallaties ontstaat biogas. Bij het zuiveren van rioolwater komt slib vrij, dat men kan vergisten in anaerobe tanks. Dit gas wordt vaak ter plekke gebruikt voor het aandrijven van generatoren of het verwarmen van installaties. Net als landfill gas kan dit biogas fluctueren in samenstelling, maar het is een duurzame manier om reststoffen te benutten.

3.3 Vergisting gas uit installaties

De meest bekende vorm van biogas is het gas dat wordt opgewekt in speciale vergistingsinstallaties op boerderijen of in industriële omgeving. Deze installaties zijn doorgaans ontworpen om optimaal methaan te produceren. Deze vorm van biogas heeft meestal een hogere methaanconcentratie (ongeveer 50-70%) en is daardoor geschikter om te bewerken tot groen gas (ook wel biomethaan genoemd).

Door het biogas op te waarderen – onder andere door CO₂, water en zwavelverbindingen te verwijderen – kan men een gas krijgen dat vergelijkbaar is met aardgas. Dit opgewarmde of geüpgrade biogas kan dan direct in het landelijke gasnet worden geïnjecteerd.

4. Energiewaarde van biogas

De energiewaarde van biogas hangt sterk af van het methaangehalte. Methaan is het meest waardevolle bestanddeel van biogas wanneer het gaat om verbranding voor energieopwekking. Biogas met een hoog methaangehalte (60-70%) heeft een hogere calorische waarde dan biogas met een lager methaangehalte (bijvoorbeeld 50%).

Als vuistregel kun je stellen dat zuiver methaan (CH₄) een verbrandingswarmte van ongeveer 35,8 MJ/Nm³ (megajoule per normaal kubieke meter) heeft. Een mengsel met 60% methaan zit dus rond de 21-22 MJ/Nm³. Ter vergelijking: aardgas in Nederland heeft een gemiddelde verbrandingswaarde van ongeveer 31,65 MJ/Nm³. Dat betekent dat biogas na opwerking (‘opwaardering’ tot biomethaan) vrijwel dezelfde energiedichtheid kan bereiken als het aardgas dat uit de gasleiding komt.

De productiviteit en energiewaarde van biogasinstallaties kan ook verschillen door het soort substraat en de mengverhouding. Mest geeft over het algemeen minder methaan dan bepaalde voedingsafvalstromen, omdat voedingsafval meer energie-inhoud kan hebben. Sommige co-vergisters mengen daarom mest met andere organische materialen (zoals voedselschillen, tuinafval of slib) om de methaanproductie en daarmee de energiewaarde te vergroten.

De uiteindelijke inzet van biogas is meestal voor warmte, elektriciteit of als transportbrandstof. Bij warmte opwekking of elektriciteitsproductie via een WKK-installatie (warmtekracht koppeling) is de totale energiebenutting hoog, omdat zowel de warmte als de elektriciteit nuttig wordt toegepast. In het geval van transportbrandstof moet biogas eerst worden opgewerkt tot een hoger methaangehalte (groen gas), zodat het vergelijkbaar wordt met CNG (compressed natural gas).

5. Milieuvriendelijkheid en duurzaamheid

5.1 Reductie van broeikasgassen

Het belangrijkste argument voor de inzet van biogas is dat het een aanzienlijke besparing op de uitstoot van broeikasgassen kan opleveren. Methaan, het hoofdcomponent van biogas, is van nature een krachtig broeikasgas wanneer het ongecontroleerd in de atmosfeer terechtkomt. Door methaangas op te vangen en te gebruiken als brandstof, verminder je de directe uitstoot en vervang je bovendien fossiele brandstoffen, waardoor de netto CO₂-uitstoot lager wordt.

Biogas wordt vaak als CO₂-neutraal beschouwd, omdat de koolstof die vrijkomt bij verbranding afkomstig is van recent vastgelegde koolstof (bijvoorbeeld in planten, mest of voedselresten). Dit staat in contrast tot fossiele brandstoffen, waarbij je koolstof die miljoenen jaren geleden is opgeslagen, weer in de atmosfeer brengt.

5.2 Circulaire economie

De productie van biogas sluit ook aan bij de principes van de circulaire economie. Bij vergisting worden afval- en reststromen omgezet in energie en een restproduct (digestaat) dat als meststof kan worden gebruikt. Dit voorkomt dat nuttige grondstoffen verloren gaan en stimuleert hergebruik. Krantenartikelen benadrukken vaak hoe lokaal en regionaal georiënteerde biogasprojecten kunnen bijdragen aan minder afvaltransport en lokale werkgelegenheid.

5.3 Minder luchtvervuiling

Vergeleken met kolen of olie verbrandt biogas relatief schoon. Het heeft een lagere emissie van fijnstof, stikstofoxiden (NOx) en zwaveldioxide (SO₂). Dat maakt biogas interessant voor toepassingen in gebieden waar luchtkwaliteit een issue is. Het kan worden ingezet voor zowel elektriciteitsopwekking, verwarming als in de transportsector (na opwerking tot CNG-kwaliteit).

5.4 Kritische kanttekeningen

Hoewel biogas over het algemeen als duurzaam wordt beschouwd, zijn er ook kritische geluiden. Zo kan het verbouwen van energiegewassen leiden tot monoculturen of concurrentie met voedselproductie. Ook is er risico op stankoverlast en emissies van methaan wanneer installaties niet goed zijn afgedicht. Ten slotte is het belangrijk dat er een goed controlesysteem is op de herkomst van biomassa en de kwaliteit van de vergisting, om te garanderen dat er echt sprake is van duurzaamheid.

6. Veiligheid en risico’s

6.1 Explosiegevaar

Methaan is ontvlambaar en kan bij verkeerde concentraties in combinatie met zuurstof explosief zijn. Net als bij aardgas moet men bij biogasinstallaties dus zorgvuldig omgaan met lekdichtheid en ventilatie. In vergistingsinstallaties worden vaak detectoren en alarmen geïnstalleerd om gaslekkages snel te ontdekken. Ook de opslag van biogas in gasopslagtanks of -zakken moet zorgvuldig worden beheerd om opstapeling van explosieve mengsels te voorkomen.

6.2 Toxische componenten

Biogas kan kleine concentraties waterstofsulfide (H₂S) bevatten, een giftig en corrosief gas. Wanneer H₂S in hogere concentraties vrijkomt, kan dat gezondheidsrisico’s met zich meebrengen en leidingen aantasten. Om die reden worden er in professionele installaties stappen ondernomen om H₂S te verwijderen of te neutraliseren (bijvoorbeeld met ijzerchloride of actieve koolfilters).

6.3 Veiligheidsmaatregelen

Fabrikanten van vergistingsinstallaties moeten voldoen aan strenge veiligheidseisen en certificeringen. Ook in kleinere installaties op boerderijen zijn er protocollen voor het vullen, legen en onderhouden van de vergisters. Het is essentieel dat mensen die met een biogasinstallatie werken een goede training hebben gehad.

Ten aanzien van biogasflessen – cilinders die gevuld zijn met opgewerkt biogas (CNG-kwaliteit) – gelden dezelfde veiligheidsvoorschriften als voor andere gasflessen. Dat betekent testen op drukbestendigheid, controleren op lekkages en een goede ventilatie in opslagruimtes. Het gebruik van biogasflessen is over het algemeen veilig, mits men zich aan alle instructies houdt en de opslagruimte voldoet aan de voorschriften.

7. Biogasflessen en hun toepassingen

Biogasflessen (vaak in de vorm van CNG-flessen of LNG-tanks wanneer het gaat om vloeibaar aardgas) worden op verschillende manieren toegepast. Hoewel de term ‘biogasflessen’ niet altijd gangbaar is, zijn het in feite drukvaten die gevuld worden met opgewaardeerd biogas (biomethaan). Deze gasflessen kunnen dienen als brandstofvoorziening waar geen directe toegang tot een gasnet is.

Voorbeelden van toepassingen:

• Transport: in sommige regio’s worden autobussen, vrachtwagens of personenauto’s voorzien van CNG-tanks die gevuld kunnen worden met biogas. Dit draagt bij aan een schoner en klimaatvriendelijker wegvervoer.
• Mobiele energievoorziening: op bouwplaatsen of festivals kan een biogasfles een generator aandrijven voor elektriciteit. Dit alternatief voor dieselgeneratoren vermindert de uitstoot van schadelijke stoffen en kan bovendien stiller zijn.
• Koeling en verwarming: biogasflessen kunnen aansluiten op ketels of kachels voor verwarming of warmwatervoorziening. In off-grid gebieden of tijdelijke woonruimtes kan dat een duurzame optie zijn.

Het gebruik van biogasflessen vereist wel dat het gas voldoende is opgeschoond en gecomprimeerd. Daarbij is een netwerk van vulstations nodig om de flessen te herladen. In veel landen zijn er initiatieven om deze infrastructuur uit te breiden, vooral voor voertuigen die op CNG rijden.

De veiligheid van biogasflessen is vergelijkbaar met die van propaan- of butaanflessen. Er gelden strikte regels voor transport, opslag en gebruik. Daarmee is het risico op ongelukken klein, mits men zich aan de voorschriften houdt.

8. Biogas in de energiemix

8.1 Aandeel hernieuwbare energie

Steeds meer landen streven ernaar hun aandeel hernieuwbare energie te verhogen. Naast wind- en zonne-energie kan biogas een belangrijke rol spelen in de energiemix. Vooral in landelijke gebieden biedt biogas kansen om lokaal opgewekte energie in te zetten voor landbouw, huishoudens en industrie. Bovendien is het een flexibele energiebron: wanneer elektriciteitsvraag hoog is, kan een WKK-installatie opschakelen; en wanneer de vraag laag is, kan men het gas opslaan.

8.2 Seizoensopslag en piekbelasting

Biogas kan een buffer vormen in tijden dat zon of windenergie beperkt beschikbaar is. Waar windmolens en zonnepanelen afhankelijk zijn van weersomstandigheden, draait een biogasinstallatie doorgaans continu, mits er voldoende substraat is. Dit maakt het mogelijk om pieken en dalen in de energievraag (en het aanbod van andere duurzame energiebronnen) beter op te vangen.

8.3 Synergie met andere sectoren

De samenwerking tussen landbouw, afvalverwerking en energiebedrijven is een voorbeeld van ketendenken: landbouwers hebben mest, afvalverwerkers hebben organisch materiaal en energiebedrijven kunnen het gas distribueren of opwerken. Door deze sectoren met elkaar te verbinden, kan biogasproductie rendabel en efficiënt zijn. Krantenartikelen benadrukken dat dit synergie oplevert en bovendien lokale economieën versterkt.

In sommige gevallen kan de CO₂ die vrijkomt bij het opwerken van biogas, opnieuw worden gebruikt in de glastuinbouw (als bemesting voor planten) of in de voedingsindustrie (bijvoorbeeld in frisdranken). Dit draagt verder bij aan het minimaliseren van uitstoot en het optimaal benutten van alle bijproducten.

9. Toekomstperspectieven

9.1 Innovaties in vergistingstechnologie

De technologische ontwikkelingen op het gebied van vergisting gaan snel. Nieuwe bacterieculturen, optimale mengverhoudingen en verbeterde procestechnieken verhogen de methaanproductie en verkorten de doorlooptijd. Zo zijn er steeds meer ‘two-stage’ vergistingssystemen die de acidogenese en methanogenese in afzonderlijke stappen optimaliseren. Ook wordt er geëxperimenteerd met thermofiele vergisting (hoge temperatuur) die sneller werkt dan mesofiele (gematigde temperatuur) processen.

Daarnaast kijkt men naar ‘power-to-gas’-concepten, waarbij overtollige zonne- of windenergie gebruikt wordt om water te splitsen in waterstof (H₂), die vervolgens met CO₂ uit biogasreactoren kan worden omgezet in extra methaan. Dit vergroot de totale hoeveelheid hernieuwbaar gas en is een manier om pieken in hernieuwbare elektriciteitsproductie op te slaan in de vorm van gas.

9.2 Biogas op kleine schaal

In ontwikkelingslanden en op plattelandsgemeenschappen wereldwijd zijn kleine, eenvoudige biogasinstallaties (bijvoorbeeld koepelvormige digesters) een uitkomst voor kookbrandstof en verlichting. Door mest en huishoudelijk afval te vergisten, kan men de afhankelijkheid van hout of steenkool verminderen, wat zowel economisch als ecologisch gunstig is.

Ook in westerse landen zien we de opkomst van kleinschalige biogasoplossingen, bijvoorbeeld bij boeren die hun eigen mest en gewasresten benutten. Lokale energiecoöperaties kunnen eveneens inzetten op biogas om de energierekening te verlagen en een bijdrage te leveren aan de energietransitie.

9.3 Grotere rol in de mobiliteitssector?

Terwijl elektrische auto’s en waterstofvoertuigen veel in het nieuws komen, is er ook een trend naar meer gebruik van gasvormige brandstoffen in transport. Bussen en vrachtwagens op CNG of LNG (vloeibaar aardgas) zijn in sommige landen al gemeengoed. Wanneer deze brandstof niet uit fossiel aardgas maar uit biogas (biomethaan) komt, reduceert dat de CO₂-uitstoot aanzienlijk.

Of deze ontwikkeling grootschalig doorzet, hangt deels af van de uitbouw van de infrastructuur (vulstations) en de beschikbaarheid van voldoende biomethaan. Er is wereldwijd veel potentieel, maar dit moet wel op een kosteneffectieve manier kunnen worden opgewekt en gedistribueerd.

9.4 Politiek en beleid

Overheden spelen een belangrijke rol in het stimuleren van biogas. Subsidies, garantietarieven voor groen gas en stimuleringsmaatregelen voor circulaire economie kunnen ervoor zorgen dat biogasinstallaties rendabel worden. Bovendien worden er strengere milieuregels gesteld aan afvalverwerking en mestverwerking, wat de inzet van vergisting kan bevorderen.

De politieke keuze om meer in te zetten op hernieuwbare energiebronnen leidt ertoe dat biogasprojecten in aanmerking kunnen komen voor steunmaatregelen. Tegelijk is er concurrentie van zonneparken, windturbines en andere vormen van hernieuwbare energie. Het is dus van belang dat het potentieel van biogas duidelijk wordt gecommuniceerd en dat er realistische doelstellingen worden gesteld in het kader van klimaatbeleid.

10. Conclusie

Biogas is een veelzijdige, hernieuwbare energiebron die een essentiële bijdrage kan leveren aan een duurzame energiemix. Het wordt geproduceerd via anaerobe vergisting van organisch materiaal zoals mest, voedselafval en rioolslib. Daarbij ontstaan gassen met methaan als hoofdcomponent, wat na zuivering kan dienen als brandstof voor elektriciteit, warmte of mobiliteit.

Het gebruik van biogas vermindert de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen, draagt bij aan de reductie van broeikasgassen en sluit mooi aan op de principes van de circulaire economie. Hoewel er aandachtspunten zijn rond stankoverlast, methaanlekkages en de concurrentie tussen voedsel- en energiegewassen, vormen goed beheerde biogasinstallaties een waardevolle schakel in de klimaattransitie.

Biogasflessen, vergelijkbaar met CNG-cilinders, maken het mogelijk om opgewerkt biogas in te zetten op plekken zonder gasnet. Deze toepassing is interessant voor transport, bouwplaatsen en off-grid verwarmingsoplossingen. De veiligheid is goed te waarborgen door de juiste opslag en naleving van regels.

De toekomst van biogas ziet er veelbelovend uit, vooral als de technologie blijft verbeteren en er voldoende politieke en maatschappelijke steun is. Innovaties als power-to-gas, de inzet van biogas in mobiliteit en de opkomst van kleinschalige, lokale vergisters tonen aan dat biogas een belangrijke pijler is in de transitie naar een duurzaam, circulair energiesysteem.

Kortom, biogas belichaamt een win-win: minder afval, minder uitstoot en meer duurzame energie. Door slim gebruik te maken van organische reststromen en krachtige vergistingstechnieken, kunnen we stappen zetten naar een toekomst waarin schone energie en circulaire grondstoffen de norm zijn.