De Verenigde Staten produceren jaarlijks meer dan 70 miljoen ton organisch afval. Terwijl bronreductie en het voeden van de hongerigen noodzakelijke prioriteiten zijn voor het verminderen van onnodig voedselafval, is organisch afval talrijk en strekt zich uit tot niet-eetbare bronnen, waaronder dierlijke mest, landbouwafval, afvalwater en oneetbaar voedselafval. Wanneer deze afvalstoffen onjuist worden beheerd, vormen zij een aanzienlijk risico voor het milieu en de volksgezondheid. Ziekteverwekkers, chemicaliën, antibiotica en nutriënten die aanwezig zijn in afval kunnen oppervlakte-en grondwater verontreinigen door runoff of door uitspoeling in de bodem. Overtollige voedingsstoffen veroorzaken algenbloei, schaden wilde dieren en infecteren drinkwater. Drinkwater met een hoog nitraatgehalte is gekoppeld aan hyperthyreoïdie en blue-baby syndroom. Gemeentelijke waterbedrijven behandelen drinkwater om nitraten te verwijderen, maar dat is duur.

organisch afval produceert ook grote hoeveelheden methaan bij de ontbinding. Methaan is een krachtig broeikasgas dat warmte in de atmosfeer efficiënter vangt dan kooldioxide. Bij gelijke hoeveelheden methaan en kooldioxide zal methaan in 20 jaar 86 keer meer warmte absorberen dan kooldioxide. Om de uitstoot van broeikasgassen en het risico van verontreiniging van waterwegen te verminderen, kan organisch afval worden verwijderd en worden gebruikt voor de productie van biogas, een hernieuwbare energiebron. Bij het verplaatsen van fossiele brandstoffen zorgt biogas voor verdere emissiereducties, soms resulterend in koolstofnegatieve systemen. Ondanks de vele potentiële voordelen van het gebruik van organisch afval, waaronder milieubescherming, investeringen en het scheppen van banen, beschikken de Verenigde Staten momenteel slechts over 2.200 operationele biogassystemen, wat minder dan 20 procent van het totale potentieel vertegenwoordigt.

Inleiding

Wat is biogas?

Biogas wordt geproduceerd nadat organische materialen (plantaardige en dierlijke producten) door bacteriën worden afgebroken in een zuurstofvrije omgeving, een proces dat anaerobe vergisting wordt genoemd. Biogassystemen gebruiken anaerobe vergisting om deze organische materialen te recyclen en om te zetten in biogas, dat zowel energie (gas) als waardevolle Bodemproducten (vloeistoffen en vaste stoffen) bevat.

figuur 1: anaerobe vergisting (grafisch door Sara Tanigawa, EESI).

anaerobe vergisting vindt al plaats in de natuur, op stortplaatsen en in sommige beheerssystemen voor dierlijke mest, maar kan worden geoptimaliseerd, gecontroleerd en ingeperkt met behulp van een anaerobe vergister. Biogas bevat ongeveer 50-70 procent methaan, 30-40 procent kooldioxide en sporen van andere gassen. Het vloeibare en vaste verteerde materiaal, digestaat genaamd, wordt vaak gebruikt als een bodem wijziging.

Figuur 2: operationele biogassystemen in de continentale Verenigde Staten (met dank aan: American Biogas Council)

sommige organische afvalstoffen zijn moeilijker af te breken in een vergister dan andere. Voedselafval, vetten, oliën en vetten zijn het gemakkelijkst organisch afval om af te breken, terwijl veeafval meestal het moeilijkst is. Het mengen van meerdere afvalstoffen in dezelfde vergister, ook wel co-vergisting genoemd, kan bijdragen tot een verhoging van de biogasopbrengst. Warmere vergisters, meestal bewaard tussen de 30 en 38 graden Celsius (86-100 Fahrenheit), kan ook helpen afval af te breken sneller.

nadat biogas is opgevangen, kan het warmte en elektriciteit produceren voor gebruik in motoren, microturbines en brandstofcellen. Biogas kan ook worden opgewaardeerd tot biomethaan, ook wel renewable natural gas of RNG genoemd, en geïnjecteerd in aardgaspijpleidingen of gebruikt als voertuigbrandstof.

De Verenigde Staten beschikken momenteel over 2.200 biogasinstallaties in alle 50 staten en hebben de mogelijkheid om meer dan 13.500 nieuwe systemen toe te voegen.

De voordelen van Biogas

opgeslagen biogas kunnen zorgen voor een schone, hernieuwbare en betrouwbare bron van basislastenergie in plaats van steenkool of aardgas. Basislastvermogen wordt consequent geproduceerd om te voldoen aan minimale stroomvereisten; hernieuwbare basislastenergie kan een aanvulling vormen op meer intermitterende hernieuwbare energiebronnen. Net als aardgas kan biogas ook worden gebruikt als een bron van piekvermogen dat snel kan worden opgevoerd. Het gebruik van opgeslagen biogas beperkt de hoeveelheid methaan die vrijkomt in de atmosfeer en vermindert de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. De vermindering van de methaanuitstoot als gevolg van het aftappen van alle potentiële biogas in de Verenigde Staten zou gelijk zijn aan de jaarlijkse uitstoot van 800.000 tot 11 miljoen personenauto ‘ s. Op basis van een waste-to-wheels beoordeling vermindert gecomprimeerd aardgas uit biogas de uitstoot van broeikasgassen met maximaal 91 procent ten opzichte van petroleumbenzine.New York City besteedt jaarlijks ongeveer 400 miljoen dollar aan het transport van 14 miljoen ton afval naar verbrandingsinstallaties en stortplaatsen. Het omleiden van dat afval naar anaërobe vergisting zou kosten in een kans veranderen en inkomsten genereren uit energieproductie en nevenproducten.

bron: New York Times, 2 juni 2017

naast klimaatvoordelen kan anaerobe vergisting de kosten van afvalsanering verlagen en lokale economieën ten goede komen. De bouw van de 13.500 potentiële biogassystemen in de Verenigde Staten zou meer dan 335.000 tijdelijke banen in de bouw en 23.000 vaste banen kunnen toevoegen. Anaerobe vergisting vermindert ook geuren, ziekteverwekkers en het risico van watervervuiling door veeafval. Digestaat, het materiaal dat overblijft na het spijsverteringsproces, kan worden gebruikt of verkocht als meststof, waardoor de behoefte aan chemische meststoffen wordt verminderd. Digestaat kan ook extra inkomsten opleveren wanneer het wordt verkocht als veebedden of grondwijzigingen.

Biogasgrondstoffen

voedselafval

elk jaar gaat ongeveer 30% van de wereldwijde voedselvoorziening verloren of wordt deze verspild. Alleen al in 2010 produceerden de Verenigde Staten ongeveer 133 miljard pond (66,5 miljoen ton) aan voedselafval, voornamelijk uit de residentiële en commerciële voedingssector. Om dit afval aan te pakken, geeft de Voedselherwinningshiërarchie van EPA eerst prioriteit aan bronreductie en vervolgens aan het gebruik van extra voedsel om honger aan te pakken; diervoeders of energieproductie hebben een lagere prioriteit. Voedsel moet als laatste redmiddel naar stortplaatsen worden gestuurd. Helaas maakt voedselafval 21 procent van de Amerikaanse stortplaatsen uit, waarbij slechts 5 procent van het voedselafval wordt gerecycled tot bodemverbeteraar of kunstmest. Het grootste deel van dit afval wordt naar stortplaatsen gestuurd, waar het methaan produceert als het afbreekt. Stortplaatsen kunnen het resulterende biogas opvangen, maar het storten van organisch afval biedt geen mogelijkheid om de nutriënten uit het organisch materiaal te recyclen. In 2015 hebben de EPA en de USDA doelen gesteld om de hoeveelheid voedselafval die naar stortplaatsen wordt gestuurd tegen 2030 met 50 procent te verminderen. Maar zelfs als dit doel wordt bereikt, zal er overtollig voedsel zijn dat moet worden gerecycled. Het energiepotentieel is aanzienlijk. Als voorbeeld, met 100 ton voedselafval per dag, kan anaerobe vergisting genoeg energie opwekken om 800 tot 1400 huizen per jaar van stroom te voorzien. Vet, olie en vet uit de voedingsindustrie kunnen ook worden toegevoegd aan een anaerobe vergister om de biogasproductie te verhogen.

stortgas

stortplaatsen zijn de op twee na grootste bron van methaanemissies in de Verenigde Staten. Stortplaatsen bevatten dezelfde anaerobe bacteriën die in een vergister aanwezig zijn en die organische materialen afbreken om biogas te produceren, in dit geval stortgas (LFG). In plaats van LFG te laten ontsnappen in de atmosfeer, kan het worden verzameld en gebruikt als energie. Momenteel genereren projecten in de hele Verenigde Staten ongeveer 17 miljard kilowattuur elektriciteit en leveren ze jaarlijks 98 miljard kubieke voet LFG aan aardgaspijpleidingen of rechtstreeks aan eindgebruikers. Ter referentie, de gemiddelde Amerikaanse huis in 2015 gebruikt ongeveer 10.812 kilowatt-uur elektriciteit per jaar.

Veeafval

Figuur 3: huidige aantal operationele en potentiële biogassystemen in de Verenigde Staten per grondstof. EPA

een melkvee van 1000 pond produceert gemiddeld 80 pond mest per dag. Deze mest wordt vaak opgeslagen in opslagtanks voordat deze op de akkers wordt gebracht. De mest produceert niet alleen methaan als het ontbindt, het kan ook bijdragen aan overtollige voedingsstoffen in waterwegen. In 2015 droeg het beheer van veemest bij aan ongeveer 10 procent van alle methaanemissies in de Verenigde Staten, maar slechts 3 procent van het veeafval wordt gerecycled door anaerobe vergisters. Wanneer dierlijke mest wordt gebruikt om biogas te produceren, kan anaerobe vergisting de uitstoot van broeikasgassen verminderen, geuren verminderen en tot 99 procent van de mestpathogenen verminderen. De EPA schat dat er een potentieel is voor 8.241 biogassystemen voor vee, die samen meer dan 13 miljoen megawattuur energie per jaar kunnen genereren.

afvalwaterzuivering

veel afvalwaterzuiveringsinstallaties (RWZI) beschikken al over on-site anaerobe vergisters voor de behandeling van zuiveringsslib, de vaste stoffen die tijdens het zuiveringsproces worden gescheiden. Veel RWZI ‘ s beschikken echter niet over de apparatuur om het door hen geproduceerde biogas te gebruiken en het in plaats daarvan op te blazen. Van de 1.269 afvalwaterzuiveringsinstallaties die een anaerobe vergister gebruiken, gebruiken slechts ongeveer 860 hun biogas. Als alle installaties die momenteel anaerobe vergisting gebruiken—die meer dan 5 miljoen liter per dag behandelen—een energieterugwinningsinstallatie zouden installeren, zouden de Verenigde Staten de jaarlijkse CO2-emissies met 2,3 miljoen ton kunnen verminderen-gelijk aan de jaarlijkse emissies van 430.000 personenauto ‘ s.

gewasresten

gewasresten kunnen steeltjes, stro en garnituren van planten omvatten. Sommige residuen worden achtergelaten op het veld om de bodem organische inhoud en vocht vast te houden en erosie te voorkomen. De hogere gewasopbrengsten hebben echter geleid tot een toename van de hoeveelheid residuen en het verwijderen van een deel daarvan kan duurzaam zijn. Duurzame oogstcijfers variëren afhankelijk van het gewas, de bodemsoort en klimaatfactoren. Rekening houdend met duurzame oogstcijfers, schat het Amerikaanse Ministerie van energie dat er momenteel ongeveer 104 miljoen ton gewasresten beschikbaar zijn tegen een prijs van $60 per droge ton. Gewasresten worden gewoonlijk samen met ander organisch afval verteerd omdat het hoge ligninegehalte het moeilijk maakt om ze af te breken.

eindgebruik van Biogas

ruw Biogas en digestaat

met weinig tot geen verwerking kan biogas ter plaatse worden verbrand om gebouwen en verwarmingsketels of zelfs de vergister zelf te verwarmen. Biogas kan worden gebruikt voor warmtekrachtkoppeling (WKK), of biogas kan eenvoudig worden omgezet in elektriciteit met een verbrandingsmotor, brandstofcel of gasturbine, waarbij de resulterende elektriciteit ter plaatse wordt gebruikt of op het elektriciteitsnet wordt verkocht.

digestaat is het voedingsrijke vaste of vloeibare materiaal dat overblijft na het spijsverteringsproces; het bevat alle gerecycleerde voedingsstoffen die aanwezig waren in het oorspronkelijke organische materiaal, maar in een vorm die gemakkelijker beschikbaar is voor planten en BodemBouw. De samenstelling en het nutriëntengehalte van het digestaat zijn afhankelijk van de grondstof die aan de vergister wordt toegevoegd. Vloeibaar digestaat kan gemakkelijk worden gespoten op boerderijen als meststof, waardoor de noodzaak om synthetische meststoffen te kopen wordt verminderd. Vaste digestaat kan worden gebruikt als veebedden of gecomposteerd met minimale verwerking. Onlangs heeft de biogasindustrie stappen ondernomen om een digestaatcertificeringsprogramma op te zetten om de veiligheid en kwaliteitscontrole van digestaat te garanderen.

met biogassystemen kunnen zuivelfabrieken, landbouwbedrijven en de industrie de operationele kosten verlagen door gebruik te maken van hun eigen organisch afval om hun apparatuur en gebouwen van stroom te voorzien. Fair Oaks Dairy in Indiana produceert dagelijks 1,2 miljoen kubieke meter biogas met mest van 9.000 melkkoeien. Een deel van het biogas wordt opgewaardeerd tot CNG en gebruikt voor het aandrijven van trailers die melk leveren aan Fair Oaks-verwerkingsbedrijven, waardoor het gebruik van diesel met 1,5 miljoen gallons per jaar wordt verminderd.

bron: EPA.

Renewable Natural Gas

Renewable natural gas (RNG), of biomethaan, is biogas dat is geraffineerd om kooldioxide, waterdamp en andere spoorgassen te verwijderen zodat het voldoet aan de normen van de aardgasindustrie. RNG kan in het bestaande aardgasnet (inclusief pijpleidingen) worden geïnjecteerd en door elkaar worden gebruikt met conventioneel aardgas. Aardgas (conventioneel en hernieuwbaar) levert 26 procent van de Amerikaanse elektriciteit, en 40 procent van aardgas wordt gebruikt om elektriciteit te produceren. De rest van het aardgas wordt gebruikt voor commerciële doeleinden (verwarming en koken) en voor industriële doeleinden. RNG heeft het potentieel om tot 10 procent van het aardgas dat in de Verenigde Staten wordt gebruikt te vervangen.

gecomprimeerd aardgas en vloeibaar aardgas

net als conventioneel aardgas kan RNG als voertuigbrandstof worden gebruikt nadat het is omgezet in gecomprimeerd aardgas (CNG) of vloeibaar aardgas (LNG). Het brandstofverbruik van CNG-voertuigen is vergelijkbaar met dat van conventionele benzinevoertuigen en kan worden gebruikt in lichte tot zware voertuigen. LNG wordt niet zo veel gebruikt als CNG omdat het duur is om zowel te produceren als op te slaan, hoewel de hogere dichtheid van LNG een betere brandstof maakt voor zware bedrijfsvoertuigen die lange afstanden afleggen. Om de investeringen in tankinfrastructuur optimaal te benutten, zijn CNG en LNG het meest geschikt voor wagenparkvoertuigen die terugkeren naar een basis voor tanken. Het National Renewable Energy Laboratory schat dat RNG vijf procent van het aardgas kan vervangen dat wordt gebruikt voor de productie van elektriciteit en 56 procent van het aardgas dat wordt gebruikt voor de productie van voertuigbrandstof.

Federal Policies Supporting the Biogas Industry

The Renewable Fuel Standard

Production of cellulosic biofuel (in gallons) by fuel type
	Ethanol	Renewable CNG	Renewable LNG
2015	2,181,096	81,490,266	58,368,879
2016	3,805,246	116,582,508	71,974,041
	3,536,721	56,916,606	34,224,820
*Vanaf juli 2017

de renewable fuel Standard (RFS) werd opgericht door het congres als onderdeel van de Energy Policy Act 2005. De RFS vereist het mengen van hernieuwbare brandstoffen in de Amerikaanse transportbrandstoftoevoer. Momenteel ongeveer 10 procent van de benzinemotor wordt geleverd door hernieuwbare brandstof, voornamelijk ethanol. De RFS stelt brandstofvolumes in voor verschillende brandstofcategorieën: op biomassa gebaseerde diesel, geavanceerde biobrandstof, cellulosebiobrandstof en hernieuwbare brandstof als geheel. Elke categorie heeft een vereiste minimale vermindering van broeikasgassen.

EPA heeft biogas in 2014 goedgekeurd als kwalificerende cellulosegrondstof in het kader van de RFS. Cellulosehoudende biobrandstoffen moeten 60 procent minder broeikasgassen-intensief zijn dan benzine. Momenteel wordt aan de meeste cellulosebrandstofvolumes voldaan door het gebruik van RNG als voertuigbrandstof. Naleving van de RFS wordt bijgehouden door middel van renewable identification numbers (Rins) die kunnen worden verhandeld, en RINs voor cellulosehoudende biobrandstoffen kunnen RNG-producenten $40/MMBtu verdienen (vanaf September 2017). Volgens biogasproducenten is de RFS een belangrijke aanjager van investeringen in de industrie geworden.

in het kader van de goedkeuring van biogas heeft het EPA de RFS geactualiseerd om biogas-afgeleide elektriciteit die als voertuigbrandstof wordt gebruikt, in aanmerking te laten komen voor RINs of “e-RINs.”Echter, met ingang van 2017, de EPA heeft geen enkele producent verzoeken om te beginnen met het genereren van e-RINs goedgekeurd, ondanks biogas productie al meer dan de huidige transport elektriciteit vraag.

De Farm Bill

programma ‘ s Onder de titel energie van de Farm Bill (IX) zijn cruciaal geweest voor de groei in de biogasindustrie. In het kader van de Farm Bill 2014 voorziet het Bio-Energieprogramma voor geavanceerde biobrandstoffen van de USDA in betalingen aan producenten ter bevordering van de productie van geavanceerde biobrandstoffen die zijn geraffineerd uit andere bronnen dan maïszetmeel. Het programma ontvangt momenteel $ 15 miljoen per jaar in verplichte financiering met $ 20 miljoen beschikbaar per jaar in discretionaire financiering door 2018.met de hulp van meer dan $500.000 aan REAP-subsidies en-leningen kon Pennwood Farms in 2011 een anaerobe vergister installeren. Beddengoed gemaakt van digestaat bespaart de boerderij ongeveer $60.000 per jaar in Beddengoed kosten, en afval van de boerderij 600 melkkoeien produceert meer dan genoeg elektriciteit om te voldoen aan de behoeften op het terrein.

bron: USDA

Het Rural Energy for America Program (REAP) verstrekt subsidies en leninggaranties aan landbouwproducenten en kleine bedrijven op het platteland om de productie van hernieuwbare energie en de verbetering van de energie-efficiëntie te bevorderen. Het programma heeft een verplichte financiering van $ 50 miljoen per jaar tot en met 2018, en $ 100 miljoen beschikbaar in discretionaire fondsen.

Het Biomass Research and Development Initiative is een gezamenlijk programma van het USDA en het DOE. Met $3 miljoen in verplichte financiering door het fiscale jaar 2017 en $ 20 miljoen in discretionaire financiering door het fiscale jaar 2018, de biomass Research and Development Board kent subsidies, contracten en financiële bijstand toe aan projecten die onderzoek en ontwikkeling van biobrandstoffen en biogebaseerde producten stimuleren. Echter, deze programma ‘ s hebben consequent gezien vermindering van de financiering door middel van de kredieten proces.

andere programma ‘ s van het Agentschap

AgSTAR is een gezamenlijk programma van de EPA, USDA en DOE. Het programma bevordert het gebruik van anaerobe vergisters op veehouderijen om de methaanuitstoot van dierlijk afval te verminderen. Het AgSTAR-programma ondersteunt de planning en implementatie van anaerobe vergisterprojecten en omvat staats-en niet-gouvernementele partners.

het Methaanprogramma voor stortplaatsen van het EPA (Lmop) moedigt de afvalindustrie aan om biogas afkomstig van organisch afval op stortplaatsen terug te winnen en te gebruiken. LMOP vormt partnerschappen met gemeenschappen, nutsbedrijven, stortplaatseigenaren en andere belanghebbenden om technische bijstand te verlenen en financiering te zoeken voor biogasprojecten op stortplaatsen.

conclusie

Biogassystemen maken van de kosten van afvalbeheer een inkomstenkans voor Amerikaanse boerderijen, zuivelfabrieken en industrieën. Het omzetten van afval in elektriciteit, warmte of voertuigbrandstof is een hernieuwbare energiebron die de afhankelijkheid van buitenlandse olie-invoer kan verminderen, de uitstoot van broeikasgassen kan verminderen, de kwaliteit van het milieu kan verbeteren en de lokale werkgelegenheid kan vergroten. Biogassystemen bieden ook de mogelijkheid om voedingsstoffen te recyclen in de voedselvoorziening, waardoor de behoefte aan zowel petrochemische als Ontgonnen meststoffen afneemt.

Biogassystemen zijn een afvalbeheeroplossing die meerdere problemen oplost en meerdere voordelen oplevert, waaronder inkomstenstromen. De Verenigde Staten hebben momenteel het potentieel om 13.500 nieuwe biogassystemen toe te voegen, die meer dan 335.000 banen in de bouw en 23.000 vaste banen opleveren. Om zijn potentieel echter ten volle te kunnen benutten, heeft de sector consistente beleidsondersteuning nodig. Betrouwbare financiering van Farm Bill Energy title programma ‘ s en een sterke hernieuwbare brandstof standaard stimuleren investeringen en innovatie in de biogas industrie. Als de Verenigde Staten van plan zijn hun brandstoftoevoer te diversifiëren en actie te ondernemen tegen de klimaatverandering, moeten zij de vele voordelen van biogas sterk in overweging nemen.