Melkvee: veel perspectief voor combinaties van stalsysteem en mestbewerking voor lagere emissies (NL Next Level Mestverwaarding)

Opzet onderzoek
In de studie is uitgegaan van een melkveebedrijf met 250 melkkoeien en bijbehorend jongvee op zandgrond. Dit is in twee varianten uitgewerkt: een relatief intensief bedrijf met 100 hectare landbouwgrond zonder weidegang, en een extensiever bedrijf met 180 hectare landbouwgrond met weidegang.



Voor deze twee voorbeeldbedrijven is een aantal scenario’s van stalsystemen en mestverwerking doorgerekend op massabalans, op de emissie van ammoniak en van de broeikasgassen CO₂, CH₄ en N₂O (uitgedrukt in CO₂-equivalenten) en op investeringen, kosten en opbrengsten.
Het betreft een eerste scan van een aantal technische oplossingen voor de rundveehouderij. Hiermee hebben we een goede indicatie gekregen van de mogelijkheden van deze oplossingen voor de praktijk en voor het milieu. Ook wordt zo zichtbaar wat het gebruik van dagverse rundveemest of van gescheiden fracties van urine en feces bijdraagt.

Er is gekozen voor een beperkt aantal systemen om een eerste beeld te krijgen; dit zijn systemen die al volledig praktijkrijp zijn. Dat betekent uiteraard niet dat andere oplossingen niet kansrijk kunnen zijn, integendeel. Ook is het duidelijk dat er nog verdere verbetering mogelijk is, bijvoorbeeld met innovatieve technieken in de stal en in de mestbewerking of door optimalisaties zoals het nog veel sneller ontmesten van de stal (niet per dag maar per uur).

Beschrijving varianten
In totaal zijn er negen scenario’s doorgerekend, waarvan scenario vier en negen verschillende varianten hebben (met en zonder monomestvergisting). Voor een gedetailleerde beschrijving verwijzen we u naar het volledige rapport dat hier is bijgevoegd.

Referentie (1)
Dit scenario is de referentie die de gangbare praktijk weerspiegelt. De koeien staan in een standaard stal met een kelder onder betonroosters (RAV-code A1.100). De drijfmest is gemiddeld drie maanden oud als die als zodanig wordt aangewend op het land.

Regulier + monovergisten (2)
In dit scenario is er een monovergister op het bedrijf geplaatst. De mest is bij het invoeren in de vergister gemiddeld 36 dagen oud. Het geproduceerde biogas wordt via een WKK omgezet in elektriciteit en warmte.

Regulier + monovergisten + strippen ammoniak(3)
Dit scenario is gelijk aan scenario 2, echter wordt het digestaat verder verwerkt. Na vergisting vindt mechanische scheiding plaats, waarna de ammoniak uit de dunne fractie wordt gehaald met strippen-scrubben. Er ontstaan dus drie meststromen: een dikke fractie, ammoniumsulfaat (een kunstmestvervanger) en een dunne fractie. Dit scenario is alleen voor het intensieve bedrijf uitgewerkt.

Regulier + verdunnen + strippen (4.1 en 4.2)
Dit scenario bestaat uit twee varianten: zonder monovergisting (4.1) en met monovergisten (4.2). De melkkoeien zijn op een roostervloer gehuisvest die wordt gespoeld. De drijfmest wordt mechanisch gescheiden waarna ammoniak uit de dunne fractie wordt gestript. De ammoniumarme fractie wordt gebruikt om de roosters te spoelen, door middel van een mestrobot, en om de drijfmest in de mestkelder te verdunnen.
In scenario 4.2 wordt de drijfmest gescheiden waarna de dikke fractie direct naar een monovergister wordt getransporteerd.

Dagontmesting, geen verwerking (5)
Bij dit scenario wordt drijfmest dagelijks uit de stal verwijderd (via een schuif op een dichte vloer) en extern opgeslagen op het bedrijf (huisvestingssysteem volgens RAV code A1.21). De drijfmest van melkvee en jongvee wordt 6 maanden opgeslagen en daarna afgezet in de landbouw. Dit is tevens een scenario om het effect van monomestvergisting (scenario 6 en 7) en verdere mestverwerking inzichtelijk te maken.

Dagontmesting + monovergisten (6)
In dit scenario wordt drijfmest elke dag verwijderd uit de stal en direct naar de monovergister gebracht. De gemiddelde ouderdom van de drijfmest bij het invoeren in de vergister is 1 dag. Het huisvestingssysteem is gelijk aan scenario 5 (schuif op een dichte vloer).

Dagontmesting + monovergisten + strippen (7)
Dit scenario is gelijk aan scenario 6, echter wordt het digestaat verder verwerkt.
Het verschil met scenario 3 is dat er dagverse mest wordt gebruikt.
Dit scenario is alleen voor het intensieve bedrijfstype uitgewerkt.

Scheiden urine en feces (8)
Dit scenario betreft een dichte vloer met drainage voor de urine naar de kelder (huisvestingssysteem volgens RAV-code A1.18). De feces worden verzameld door middel van een schuif of mestrobot en wordt apart opgeslagen. De dikke fractie wordt gemengd met jongveedrijfmest alvorens het wordt aangewend, en de urine/gier fractie wordt als zodanig afgezet.

Semi-dichte vloer + onderafzuiging (9.1 en en 9.2)
In dit scenario wordt drijfmest bij de bron gescheiden door geperforeerde strippen in de spleten van roosters te plaatsen. De urine sijpelt door deze vloer en komt in een kelder onder de vloer terecht. De feces worden met een mestrobot afgevoerd naar een externe opslag. Via een onderafzuiging wordt er lucht via de gaatjes in de vloer over de dunne fractie in de mestkelder gezogen. Hierdoor wordt de ammoniakemissie die boven en onder de roosters ontstaat afgezogen. Deze ammoniak wordt via een luchtwasser omgezet in ammoniumsulfaat. Er ontstaan dus drie meststromen: ammoniumsulfaat (kunstmestvervanger) een dikke fractie en een dunne fractie.
Er is gerekend met twee varianten: zonder monovergisting (9.1) en met monovergisting van de dikke fractie (9.2). De mest is in deze berekening 1 dag oud is als hij in de vergister wordt ingevoerd.
Dit scenario is voor zowel het intensieve als extensieve bedrijf doorgerekend.

Berekeningen
Economische berekeningen
Op basis van de vastgestelde mestverwerkingsroutes zijn kostenramingen opgesteld. De informatie hiervoor is verkregen van de leveranciers van de systemen en van veehouders die deze systemen in gebruik hebben. Andere informatie, bijv. investeringen in mestopslagen en variabele kosten, is verkregen via KWIN 2020-2021. Er is dus gerekend met de prijsniveaus van circa anderhalf jaar geleden.

Met betrekking tot de kosten is rekening gehouden met kosten voor energie, verbruik van hulpstoffen, arbeid, rente, afschrijving, onderhoud en overige bedrijfskosten zoals kantoorkosten, verzekeringen, kosten nutsvoorzieningen. 

Aan de opbrengstenkant is gekeken naar vermeden kosten voor mestafzet en vermeden kosten voor aankoop van kunstmest. In de scenario’s waarin monovergisting is toegepast is daarnaast gerekend met opbrengsten uit vermeden energieverbruiken, verkoop van energie en inkomsten uit SDE-subsidie.

Via diverse gevoeligheidsanalyses is daarnaast in kaart gebracht in hoeverre een andere bedrijfsomvang (van 100 tot 300 melkkoeien) of bij een andere investeringsomvang leidt tot een andere rendabiliteit.

Berekeningen emissies
De massabalans en de emissies zijn berekend door een schema te maken waar bij iedere stap in het proces vanaf de productie van mest ‘onder de staart’ tot en met de aanwending op het land, de emissies zijn berekend. Emissies die tijdens bodemprocessen plaatsvinden (door het bodemleven) of die bijvoorbeeld door een tractor bij het aanwenden vrijkomen zijn niet meegenomen in de berekeningen. Een gedetailleerde beschrijving van uitgangspunten, berekeningen en onderlinge relaties tussen massabalans en emissies is te raadplegen in het rapport.

Ten aanzien van de uitstoot van broeikasgasemissies zijn CO₂, methaan (CH₄) en lachgas (N₂O) naar CO₂-equivalenten omgerekend. 1 kg CO₂, CH₄ en N₂O betekenen respectievelijk 1, 28 en 265 CO₂-equivalenten. Alleen de broeikasgasemissies uit mest zijn in de berekening meegenomen, de enterische methaanproductie dus niet.

Bij de variant ‘intensief bedrijf’ moet een gedeelte van de mest worden afgevoerd van het veehouderijbedrijf. In de berekeningen is ervan uitgegaan dat deze mest op bouwland wordt aangewend.

Resultaten ammoniakemissie

Ammoniakemissie intensief bedrijf

Figuur 1: Ammoniakemissie over de keten voor het intensieve bedrijf

Hoewel de ammoniakemissies uit de stal bij scenario 9 het laagste is, is dat over de hele keten bij scenario 4 het geval, met een totaalverlies van 3,7 ton NH₃/jaar. Bij dit scenario wordt de mest in de stal verdund en de ammoniak uit de mest wordt omgezet in een stikstofconcentraat. Bij het aanwenden op het land treden daardoor ook lagere verliezen op. Ten opzichte van de referentie is de emissie hier zo’n 50% lager. Ook de scenario’s 4.2, 7 en 9 zorgen voor fors lagere ammoniakemissies (40% reductie).
In de berekeningen is men ervan uitgegaan dat digestaat (vergiste mest) een hogere ammoniakemissie bij het aanwenden heeft omdat er een hoger gehalte minerale stikstof in zit ten opzichte van drijfmest. Deze aanname is echter niet goed onderbouwd met praktijkmetingen.

Ammoniakemissie extensief bedrijf

Figuur 2: Ammoniakemissie over de keten voor het extensieve bedrijf

De berekeningen laten voor het extensief bedrijf een vergelijkbaar beeld zien, met de laagste ammoniakemissie bij scenario 4.1 met een totaalverlies van 3,8 ton NH₃/jaar. Ten opzichte van de referentie (scenario 1) zorgen de scenario’s 4.1, 4.2 en 9.1 voor een afname in totale ammoniakemissie van respectievelijk 47%, 41% en 26%. De verschillen tussen intensief en extensief – met en zonder beweiding dus – zijn klein.

Broeikasgasemissies (CO₂-equivalenten)

Broeikasgasemissie intensief bedrijf

Figuur 3: Broeikasgasemissies (ton CO₂-eq./jaar) per scenario voor het intensieve bedrijf

De resultaten laten duidelijk zien dat een combinatie van dagontmesting en monovergisten voor de laagste broeikasgasemissies uit mest zorgt (scenario’s 6, 7 en 9.2): de reductie is tot wel 75%. Dagontmesting zonder mestvergisting leidt niet tot een reductie van emissies maar tot een afwenteling van stal naar mestopslag, de emissie is zelfs wat hoger dan bij het referentiescenario.

Broeikasgasemissie extensief bedrijf

Figuur 4: Broeikasgasemissies (ton CO₂-eq./jaar) per scenario voor het extensieve bedrijf

Gemiddeld genomen zijn de broeikasgasemissies wat lager bij het extensieve bedrijf dan bij het intensieve bedrijf. Bij de beste scenario’s zijn de verschillen echter klein, en de technologische verbetering hebben een veel groter effect dan het gemiddelde verschil tussen extensief en intensief.
De modelberekeningen laten ook hier zien dat de scenario’s waarbij dagontmesting met verdere vergisting en verwerking (scenario’s 6 en 9.2) de grootste reductie van broeikasgasemissies laten zien: voor scenario 6 en 9.2 is de reductie respectievelijk 68% en 56%. Zonder vergisting heeft dagontmesting of mest scheiden aan de bron ook hier geen zin als het gaat om broeikasgasemissies.


Economische resultaten

De onderstaande tabel laat in één overzicht wat per scenario de emissies, de investeringen en het exploitatieresultaat zijn. Het exploitatieresultaat is uiteraard het verschil tussen jaarlijkse opbrengsten en kosten.

Het overzicht laat zien dat de systemen die tot de laagste ammoniakemissie leiden flinke investeringen vergen van de melkveehouders, die meestal niet worden terugverdiend. Een uitzondering is scenario 7 (dagontmesting + monovergisting + strippen ammoniak) waar het netto resultaat licht negatief is.

De berekeningen laten zien dat monovergisting interessant is. De gevoeligheidsanalyse laat zien dat dit zo is voor bedrijven groter dan 150 melkkoeien in het intensieve systeem en 200 melkkoeien in het extensieve systeem. Voor een bedrijf van een gemiddelde omvang (in 2021 was de gemiddelde bedrijfsomvang 103 melkkoeien) zijn de kosten hoger dan de opbrengsten.

Wanneer de monovergisting wordt gecombineerd met dagontmesting, dan verbetert het resultaat verder, zowel financieel als voor lagere broeikasgasemissies.

Tot slot
In de modelberekeningen is uitgegaan van een voorbeeldbedrijf van 250 melkkoeien in twee varianten, onder een aantal gekozen uitgangspunten. Een van die uitgangspunten is dat de prijzen uit 2020 zijn gehanteerd.
Dit betekent dat deze resultaten slechts kunnen worden gezien als een indicatie, waarbij relevante variabelen enorm kunnen variëren in de tijd en van bedrijf tot bedrijf.

Het is ook duidelijk dat er optimalisaties mogelijk zijn ten opzichte van de gehanteerde uitgangspunten.
Zo zal het nog veel sneller ontmesten van de stal leiden tot zowel lagere emissies van methaan en van ammoniak, maar tegelijkertijd tot hogere biogasopbrengsten waardoor wellicht zowel milieu als rendabiliteit erop vooruit gaan.
Maar ook zijn er diverse stal- en mestbewerkingssystemen die nu niet in de berekeningen zijn meegenomen, maar die wel degelijk uitermate perspectiefvol zijn.

Een specifiek punt inzake de vergisting is dat men in de berekeningen ervan is uitgegaan dat het geproduceerde biogas via een WKK (warmtekrachtkoppeling) wordt omgezet tot elektriciteit en warmte. Het is echter ook mogelijk om het biogas op te waarderen tot groen gas. Geen warmte en elektriciteit dus, maar groene moleculen. Dit is van belang omdat groen gas (groene moleculen) een hoogwaardigere vorm van energie is dan warmte of elektriciteit, en er zijn specifieke nationale doelstellingen voor de productie van groen gas. Bovendien willen we minder afhankelijk worden van aardgas uit Groningen of Rusland. Opwaardering van biogas tot groen gas is hiervoor belangrijk (wat wordt bevestigd door het kabinet).
Echter, de schaal van 250 melkkoeien is hiervoor economisch te klein, althans bij de gekozen uitgangspunten. Ook zijn samenwerkingsverbanden mogelijk om deze stap van biogas naar groen gas te zetten.

Desalniettemin laat de studie helder zien waar en hoeveel milieuwinst geboekt kan worden met de juiste technieken, en vooral de juiste combinaties van technieken. Ook laat het zien wat dit economisch betekent voor een melkveehouder, en daarmee hoe haalbaar bepaalde systemen zijn in de praktijk.

Een aantal conclusie die uit deze studie kunnen worden getrokken:

• Vergisting biedt perspectief voor het verlagen van methaanemissies (CO₂ equivalenten). Het perspectief is het grootst bij huisvestingssystemen met dagontmesting. Dagontmesting leidt ook tot hoogste biogasopbrengsten bij het vergistingsproces.
• Het scheiden van urine/gier en feces leidt niet tot economische voordelen, het verlagen van de ammoniakemissie in de stal is de belangrijkste winst.
• Scenario’s 4 en 9 leiden tot de laagste ammoniakemissies uit de stal. De meerkosten van deze systemen zijn echter behoorlijk hoger dan de opbrengsten uit bespaarde kunstmest en bespaarde mestafvoerkosten.
• Door het strippen van de ammoniumstikstof uit het digestaat kan de ammoniakemissie bij aanwending effectief worden verminderd.
• Investeren in dagontmesting + vergisting + stikstof strippen is, bij de gekozen uitgangspunten, rendabel bij een schaal van minimaal 250 melkkoeien.