Nieuw onderzoek door Texas A&M AgriLife Research-wetenschappers toont aan dat biochar de potentie heeft om anaërobe vergisting van dierlijke mest een efficiëntere methode te maken om boerderijen van afval te ontdoen en tegelijkertijd methaan te produceren voor energie.

Biochar is een door de mens gemaakt houtskoolmateriaal dat is samengesteld uit landbouwafval, waaronder mest, gewasresten en voedergrassen. Het kan worden gebruikt als duurzame meststof en om een ​​breed scala aan verontreinigingen te filteren, inclusief antibiotica, pesticiden en hormonen in afvalwater en water, evenals om broeikas- en geurgassen zoals kooldioxide en ammoniak op te vangen.

"Effecten van uit melkmest afgeleide biochar op psychrofiele, mesofiele en thermofiele anaerobe vergisting van melkmest" door Dr. Hyun Min Jang, AgriLife Research milieu-ingenieur, Dr. Yong-Keun Choi, Onderzoeker van de Tarleton State University en dr. Eunsung Kan, Chemisch en milieu-ingenieur AgriLife Research in Stephenville, werd onlangs gepubliceerd in Biobrontechnologie .

Het artikel bespreekt het potentieel van het gebruik van biochar als versnellend materiaal om de anaerobe vergisting van zuivelmest efficiënter te maken in bioreactoren voor het verbeteren van het afbreken van afvalstoffen en het produceren van methaangas.

Het huidige beheer van dierlijke mest omvat het toepassen van afval op akkers, zei Kan. De huidige methoden genereren vaak geuren en broeikasgassen en kunnen stroomafwaarts ecologische problemen veroorzaken, zoals algenbloei en verontreinigd grondwater.

"De waarde van het nieuwe onderzoek is dat mest een probleembron kan zijn, en anaërobe vergisting met behulp van biochar dient om mest af te voeren terwijl methaan wordt geproduceerd om de boerderij van stroom te voorzien en mogelijk te verkopen aan lokale nutsbedrijven, " hij zei.

Kan zei dat mest een zeer rijke bron is voor bacteriën die betrokken zijn bij anaerobe vertering. waaronder fermentatieve en methaanproducerende bacteriën, voor het omzetten van mest in methaan in biogas en vluchtige organische zuren.

Methanogene bacteriën zijn van bijzonder belang voor Kan vanwege hun potentieel om methaangas te produceren met een snelheid die een boerderij van stroom zou kunnen voorzien. Echter, methanogene bacteriën bleken de snelheidsbeperkende factor te zijn voor anaërobe vergisting vanwege hun gevoelige reacties op bedrijfsomstandigheden zoals temperatuur en pH-niveaus.

Kan zei dat de bioreactoren die werden gebruikt voor de anaërobe vergisting van het afval - vergisters - alleen goed werken als de omgevingsomstandigheden goed zijn voor beide soorten bacteriën.

"Soms maken de omgevingsomstandigheden het moeilijk om anaërobe vergisting uit te voeren op melkveebedrijven in gebieden zoals Wisconsin of Texas waar de weersvariabelen extreem zijn, " zei hij. "Dit zou het proces inconsistent en moeilijk te controleren maken."

Anaërobe vergisting van mest resulteert in een lage pH en andere ongewenste omstandigheden in de bioreactor, die de methanogene bacteriële groei en het metabolisme vertragen of remmen wanneer de bedrijfsomstandigheden niet optimaal zijn, zei Kan.

Jang, de hoofdauteur, onderzocht hoe het gebruik van biochar deze operationele problemen zou kunnen overwinnen.

Van mest afgeleide biochar is alkalisch met een pH van 8-9, Kan zei, en kan fungeren als een uitstekende buffer om de optimale pH voor methanogene bacteriën te behouden, wat rond pH 7 is. Het bevat veel voedingsstoffen en mineralen om een ​​hoge bacteriegroei te ondersteunen, terwijl het hoge koolstofgehalte de microbiële gemeenschap verrijkt die wordt geassocieerd met anaërobe vertering.

Kan en Jang hebben tot nu toe lage biochar-mestverhoudingen getest met veelbelovende resultaten. Melkmest gemengd zonder biochar en 0,1-1 procent biochar toonde aan dat het toevoegen van biochar de methaanproductie met ongeveer 40 procent verhoogde en de productietijd om de beoogde biogasproductie te bereiken met 50-70 procent verminderde.

"Het verminderde de lag-fase, dat is de tijd die verstrijkt voordat de productie begint, en halveerde de productietijd van biogas elke keer dat we meer biochar toevoegden, " zei hij. "Productietijd is een belangrijke factor voor een zuivelfabriek met zeg maar 1, 000 koeien die 8 produceren, 000 kilogram droge mest per dag, maar het verkorten van de verteringstijd betekent ook dat de grootte van de anaërobe bioreactor met de helft wordt verminderd."

Het verminderen van de retentietijd en de voetafdruk van de vergisters zou lagere initiële investeringskosten betekenen, waterverbruik, kosten van nutsvoorzieningen, bedrijfskosten en grondvereisten, zei Kan.

Maar Kan zei dat er meer onderzoek nodig is om de veranderingen in microbiële gemeenschappen met biochar te begrijpen en om de optimale omstandigheden voor anaerobe vergisting van mest te bepalen voordat onderzoekers een schaalversie kunnen bouwen die kan worden getest en uiteindelijk op schaal kan worden toegepast voor een werkende zuivelfabriek.

Kan gelooft dat de huidige technologie - lagunes voor het beheer van melkveemest - kan worden opgewaardeerd tot anaerobe vergisters bedekt en gemengd met biochar. Het gebruik van biochar in verbeterde anaërobe lagunes zou de productie van biogas verbeteren en de behandelingstijd verkorten terwijl broeikasgassen en geurige gassen worden afgevangen.

Hij zei dat er goede aanwijzingen zijn dat onderzoekers de omstandigheden kunnen optimaliseren en de komende jaren kunnen overgaan op een pilottest op een zuivelfabriek.

"Er zijn goede aanwijzingen dat biochar anaërobe vergisting een haalbare oplossing zal maken voor een efficiënter beheer van dierlijke mest met eenvoudigere operaties dan conventionele anaërobe vergisting, " zei hij. "Wanneer we de omstandigheden optimaliseren en naar de testfase op een zuivelfabriek gaan, zullen we weten welke kapitaalinvestering en voetafdruk nodig zijn om duurzame vergisters te bouwen die aan de verwijderingsbehoeften kunnen voldoen, en dat vervolgens toepassen op andere activiteiten op basis van hun capaciteit."