Samenstelling mestproducten uit nieuwe stalsystemen nader geanalyseerd (BSMO)

Het doel van dit deelonderzoek was het karakteriseren van de meststromen uit nieuwe stalsystemen met dagontmesting, al dan niet met mestscheiding aan de bron. Hiervoor zijn verschillende emissiearme stalsystemen omschreven en zijn de meststromen bemonsterd. Daarna is bepaald hoe deze meststoffen gekarakteriseerd kunnen worden: als organische meststof, als bodemverbeteraar of als kunstmestvervanger (RENURE). Er zijn geen metingen verricht naar bijvoorbeeld het biogaspotentieel van de vers gescheiden mestfracties.

Mestmonsters van 15 stalsystemen
Op dertien melkvee-, vijf varkens- en vier kalverbedrijven zijn mestmonsters genomen van de verschillende mestproducten uit deze innovatieve, emissiearme stalsystemen. Het gaat om mestmonsters uit de volgende stalsystemen:

Melkveehouderij:

1. Gangbare roostervloer (referentie)
2. Zeraflex doorlatende tegelvloer. Op een roostervloer worden tegels gelegd waar urine doorheen gaat naar de kelder, de vaste mest wordt met een mestschuif afgevoerd.
3. Rubberen vloer met sleuven en gaten. Als 2. maar dan met een rubberen vloer met sleuven en gaten.
4. Cowtoilet. In een krachtvoerbox wordt het urineren door koeien gestimuleerd. Deze zuivere urine wordt apart opgeslagen. In de mestkelder komt drijfmest, echter met relatief minder urine.
5. Lely Sphere. In een roostervloer worden geperforeerde strippen gelegd. Hier stroomt de urine doorheen de kelder in. Via de zgn. N-capture wordt lucht over de vloeren door de strippen en de kelder gezogen waarbij de ammoniak wordt afgevangen en omgezet in spuiwater. De vaste mest wordt met een mestrobot afgevoerd.
6. Vrijloopstal (met houtsnippers). Koeien staan niet op roosters maar op een bedding met houtsnippers, waar een lichte compostering plaatsvindt. Alleen bij het voerhek is een stukje roostervloer, waardoor er ook een beetje drijfmest wordt geproduceerd.
7. Vrijlevenstal (met zandbodem). Koeien staan niet op roosters maar op een bedding van zand. Onder in deze bedding zijn drainageslangen aangelegd waardoor geproduceerde urine wordt afgevoerd. De feces ligt op het zand en wordt er dagelijks van verwijderd met een hiervoor ontwikkeld werktuig. Alleen bij het voerhek is een stukje roostervloer geplaatst.
8. Dichte vloer met mestschuif of -robot en monomestvergisting. Alle mest valt op een dichte vloer en wordt ieder uur afgevoerd naar een monomestvergister (Jumpstart).
9. Betonsleuvenvloer. Deze betonnen vloeren bevatten sleuven met gaten waar de urine doorheen stroomt. De vaste mest wordt met een mestschuif of -robot afgevoerd.

Varkenshouderij:

10. Mestband onder de roosters. Mest valt door roosters op een schuin liggende mestband. Hier blijft de feces op liggen en stroomt de urine vanaf.
11. Wroetstal. De varkens staan op een vloer onder afschot, de stro met mest wordt hierdoor door de varkens naar beneden getrapt waarna hij met een mestschuif wordt afgevoerd.
12. Total Circular Farm Concept (Kamplan). De mest komt via roosters in een ammoniakarme mestfractie. Dagelijks wordt dit mestkanaal leeggehaald en nagespoeld. De ammoniakale stikstof wordt vervolgens met een MBR uit de mest gehaald en omgezet in N₂.
13. PigToilet (intelligent varkenstoilet). Een hok wordt zodanig ingericht dat varkens op apart plekken gaan poepen en urineren. Als ze op de juiste plek urineren worden ze beloond met een snoepje.

Kalverhouderij:

14. Geperforeerde mestband onder de roosters. De mest valt door roosters op een V-vormige mestband. Op het laagste punt is deze band geperforeerd waardoor de urine van de feces wordt gescheiden.
15. Mestschuif onder de roosters. De mest valt door de roosters op een schuin liggende vloer. Hierdoor wordt de urine gescheiden van de feces die regelmatig met een schuif wordt afgevoerd.

Monsters en analyses
Van de verschillende mestfracties werden monsters genomen, en die werden geanalyseerd op de volgende parameters: droge stofgehalte, ruw as-gehalte, totaal stikstof, ammoniumstikstof (NH₄⁺), fosfaat, kalium, zuurgraad (pH), elektrische geleidbaarheid en het soortelijk gewicht.
Op 5 bedrijven werd de mest op het bedrijf ook (deels) verwerkt en van deze verwerkingsstappen zijn, waar mogelijk, ook monsters genomen. Op 11 bedrijven is enkele weken tot maanden later nog een tweede monstername gedaan.
Het aantal monsters is beperkt, en daarmee is het voor de meeste systemen onmogelijk om op basis van dit onderzoek met zekerheid uitspraken te doen. In het project BSMO is besloten om hetzelfde onderzoek uit te breiden en te herhalen om betrouwbaarder uitspraken te kunnen doen over de kwaliteit en de mogelijkheden van de meststromen uit deze stalsystemen. De resultaten laten echter wel degelijk een aantal duidelijke richtingen zien.

Resultaten

Zijn dunne fracties uit brongerichte stalsystemen RENURE-waardig?
De dunne, waterige fracties die ontstaan na het scheiden aan de bron bevatten weinig organische stof en voornamelijk anorganische nutriënten (zouten). De nutriënten (stikstof, kalium) werken daarom snel en precies voor de gewassen. Maar zijn de scheidingsrendementen zodanig dat ze kunnen worden gezien als kunstmestvervanger? Hiervoor werd van de mestmonsters getoetst of ze voldoen aan tenminste één van de volgende twee criteria die voor RENURE worden gesteld:

• Is de stikstof voor minimaal 90% anorganisch (N_mineraal/N_totaal≥ 0,9), en/of:
• Is de verhouding tussen koolstof en stikstof niet hoger dan drie (C_totaal/N_totaal≤3)

Er is niet gekeken naar andere voorwaarden die voor RENURE worden voorgesteld, zoals de maximale gehaltes aan koper en zink. Aangezien koper en zink hoofdzakelijk via de feces worden uitgescheiden verwachten de onderzoekers op dit vlak overigens geen belemmeringen.

De onderstaande figuur is een samenvatting van gemiddelde waardes van dunne mestfracties uit de verschillende systemen, die laat zien in hoeverre deze fracties aan één of beide criteria voldoen. In het rapport is meer gedetailleerde informatie te vinden over de gemeten waardes en de variaties.

Gemiddelde waardes van een aantal mestmonsters t.a.v. RENURE-criteria, met op de x-as het criterium: N_mineraal / N_totaal > 0,9 en op de y-as het criterium: C_totaal / N_totaal <3.

Aan geen van beide RENURE-criteria voldoen de gierfracties uit melkveestallen met een betonsleuvenvloer of een rubberen vloer, alsmede (dunne fractie van) digestaat. Bij dunne fractie uit de Zeraflex-vloer is dit nog niet duidelijk te zeggen vanwege de grote verschillen tussen de genomen monsters.
Dunne fracties uit de andere stal- en mestbewerkingssystemen voldeden gemiddeld wel aan één of beide onderzochte RENURE-criteria. Een kanttekening is hierbij zeker op zijn plaats: ook bij sommige van deze systemen was het zo dat er monsters zowel binnen als buiten de gestelde normen vielen. Door de variatie en onzekerheid, ook door het lage aantal genomen monsters, kan men daarom zeker niet in alle gevallen overtuigd stellen dat een bepaalde dunne mestfractie als RENURE zou kunnen worden aangemerkt. Uiteraard is het ook nog zo dat er nog andere eisen worden gesteld aan RENURE dan de twee onderzochte parameters. Zie hiervoor dit artikel op onze website.

Als mestfracties zich niet of niet zeker direct kwalificeren als RENURE wil het niet zeggen dat er geen waardevolle producten ontstaan uit de brongerichte stalsystemen. Het verschil met onbewerkte mest is namelijk erg groot, en de bewerkingsstappen (bijv. filtraties) om tot de vereiste kwaliteit te komen zullen aanzienlijk eenvoudiger zijn dan wanneer RENURE uit drijfmest uit de opslag moet worden geproduceerd. Ook zullen bij deze meststromen andere, mogelijk goedkopere concentratietechnieken dan die momenteel worden gebruikt in beeld komen.

De conclusie van de onderzoekers is dan ook dat gierfracties uit stalsystemen met primaire scheiding over het algemeen veelbelovend zijn om – al dan niet met een nadere bewerkingsstap – als kunstmestvervanger gebruikt te kunnen worden.

De gehaltes aan stikstof per ton mest zijn over het algemeen wat lager dan van onbewerkte drijfmest. De dunne gier-/urinefracties van melkveemest bevat meestal tussen de 3 en 4 kg stikstof per ton (onbewerkte drijfmest ±4,5 kg N/ton). Uitzondering is de urine uit de CowToilet waar het stikstofgehalte met gemiddeld 6 kg N/ton wat hoger ligt. De dunne fracties uit varkensmest bevatten 2 à 3 kg N/ton en uit kalvermest 3 à 4 kg N/ton.

Zijn organische fracties bodemverbeteraars of organische meststoffen?
De stalsystemen met scheiden van mest aan de bron beogen allemaal, naast lagere  emissies van ammoniak en broeikasgassen en een beter stalklimaat, om de mest te scheiden in een dunne, anorganische fractie en een organische mestfractie.

Het gemiddelde drogestofgehalte van de feces-fracties ziet u in onderstaande tabel.


De vraag die ook is gesteld in dit onderzoek, is of deze organische mestfracties gezien moeten worden als een bodemverbeteraar of als een organische mest. Een bodemverbeteraar heeft niet direct een bemestende waarde voor de groei van de gewassen, maar wel om de kwaliteit van de bodem te verbeteren. Hiervoor heeft men van de (organische) mestfracties getoetst of ze voldoen aan de volgende twee voorwaarden: 
EOS / N_mineraal > 150,  én:
EOS / fosfaat > 35.

EOS staat voor Effectieve Organische Stof en betreft die organische stof die na een jaar nog in de bodem aanwezig is. Kortom: de verhouding tussen stabiele organische stof in de mestproducten en de nutriënten stikstof en fosfaat moet hoog genoeg zijn. De EOS werd berekend door het gemeten organische stofgehalte in de mestmonsters te vermenigvuldigen met een zogenaamde humificatiecoëfficiënt (HC). Van de kalvermest werd aangenomen dat de HC gelijk is aan die van melkveemest en voor mest met stro of houtsnippers is de HC van compost aangehouden.

Als een onderzochte meststof voldoet aan beide voorwaarden wordt het gezien als een bodemverbeteraar, als hij voor beide voorwaarden onder de grenswaarde ligt, dan als een organische meststof. Deze indeling is geen oordeel over de hoogwaardigheid, maar geeft inzicht in hoe de producten het beste te gebruiken zijn.

Melkveehouderij
In de melkveehouderij zijn verschillende soorten stal- en bedrijfssystemen onderzocht: systemen waarbij de mest aan de bron wordt gescheiden, het Jumpstartsysteem met dagontmesting en monomestvergisting, en systemen waarbij stro of houtsnippers worden gebruikt. In de onderstaande figuren worden de verschillende monsters, verdeeld over de uiteenlopende bedrijfssystemen, getoond aan de hand van de twee gestelde criteria.

In het algemeen is het zo dat de organische fracties niet kunnen worden gezien als een bodemverbeteraar. Enkele feces-monsters van Zeraflex-vloer en van de Lely Sphere voldoen weliswaar aan beide voorwaarden, echter hiervan waren er ook monsters die slechts aan één of aan geen van beide voorwaarden voldeden. Een uitzondering is de fecesfractie van de Vrijloopstal. Dat komt omdat de mest wordt gemengd met houtsnippers en omdat in de stal een licht composteringsproces plaatsvindt (waardoor het minerale stikstofgehalte lager kan worden). De EOS/N_mineraal-verhouding is ruimschoots boven de norm. Van het andere criterium, de EOS/fosfaat-verhouding, lag bij het ene monster de gemeten waarde net onder de grenswaarde, maar was het gemiddeld wel zodanig dat dit product als een bodemverbeteraar kan worden gezien.

Varkenshouderij
Alle organische meststromen moeten als organische meststof worden gezien, ook de systemen waar strorijke mest wordt geproduceerd. Tussen de verschillende categorieën varkens (biggen, zeugen, vleesvarkens) waren de verschillen relatief beperkt.

Kalverhouderij
De feces van stallen met het systeem ‘mestschuif’ is bij drie verschillende kalverbedrijven bemonsterd. Bij twee bedrijven, beide witvleeskalverhouderijen, is de mest voor beide criteria te beschouwen als een organische meststof. Bij het derde bedrijf, een rosékalverhouderij, was EOS/fosfaat-verhouding beduidend hoger maar er te veel minerale stikstof in de mest aanwezig om het product als bodemverbeteraar aan te merken.

Overig

Kalium
Voor melkvee en kalveren geldt dat gier over het algemeen veel kalium bevat (respectievelijk 7,5 en 5 kg /ton) en feces beduidend minder (respectievelijk 3 en 3,5 kg/ton). In de urine uit het Cowtoilet ligt het gehalte met 11 kg K₂O per ton nog hoger. In de Vrijloopstal geven de houtsnippers de geproduceerde meststof (een mengsel van feces, urine en houtsnippers) een hoog kaliumgehalte van 17,8 kg K₂O per ton.
Voor varkens geldt precies het omgekeerde: 3 kg K₂O per ton in urinefracties en 4 tot 7,5 kg K₂O per ton in fecesfracties. Hierbij is er een verschil tussen de diercategorieën: feces van opfokzeugen, vleesvarkens bevatten met respectievelijk 7,6 en 5,7 kg K₂O per ton meer kalium dan van gespeende biggen of zeugen (3 tot 5 kg K₂O per ton).

De fracties met een hoog kaliumgehalte (en het spuiwater) hebben tevens een hogere elektrische geleidbaarheid, wat een indicatie is voor het totale zoutgehalte in de mestfractie.

pH
De zuurgraad (pH) is van belang, omdat bij een hoge pH (boven de 7) het risico op ammoniakvervluchtiging snel toeneemt. Mest en zeker digestaat hebben een hoge pH. Uit de analyses blijkt dat dit bij de meeste onderzochte mestfracties ook zo is: de pH van gier en urine varieert van 8,0 tot 9,1, steeds ruim boven de 7 dus. Deze meststoffen zijn dus erg gevoelig voor ammoniakverliezen.
Uitzonderingen zijn de feces-fracties van biggen uit het varkenstoilet (pH = 5,7) en van kalveren (mestband, pH = 5,8). Deze zijn hierdoor amper gevoelig voor ammoniakemissie tijdens opslag en aanwending. Bovendien is het gehalte aan minerale stikstof hierin relatief laag.
Andere fecesfracties hadden wel allemaal een pH van ruim boven de 8. Spuiwater en ammoniumsulfaat hadden ook lage pH’s zoals kon worden verwacht.

In het rapport staan tabellen met de gemeten waardes aan stikstof, kalium, pH, geleidbaarheid, fosfaat, organische stof e.d.

Conclusies
De verschillende stalsystemen met ‘mest scheiden aan de bron’ doen dat op verschillende manieren, en dat vertaalt zich in de samenstelling van de gescheiden mestfracties. Waar bij sommige systemen dunne fracties de RENURE-criteria ruim halen is dat bij andere zeker niet het geval. Gezien de samenstelling zal het voor de dunne mestfracties die niet aan de gestelde criteria voldoen relatief gemakkelijk zijn om met een aanvullende bewerking wel te voldoen.

Organische fracties bevatten in de regel te veel fosfaat en/of minerale stikstof om als bodemverbeteraar te kunnen worden beschouwd. Dit blijven daarmee organische meststoffen.

De meeste mestfracties hebben een (zeer) hoge pH en zijn daarmee gevoelig voor ammoniakverliezen. Uitzonderingen zijn feces-fracties van biggen en van kalveren.

Het onderzoek wordt dit jaar uitgebreid en herhaald om meer en meer betrouwbaar inzicht te hebben in deze nieuwe mestproducten. De informatie zal ook worden gebruikt in andere onderzoeken binnen het project BSMO, bijvoorbeeld om kosten en effecten op ammoniak- en broeikasgasemissies over de keten van stal tot land (evt. met mestbewerking) in kaart te kunnen brengen.

Het rapport is hier bijgevoegd en ook op de website van Wageningen Research te downloaden.


Over BSMO
De PPS betere stal, betere mest, betere oogst richt zich op onderzoek naar meststromen uit nieuwe stalconcepten: wat zijn deze meststromen, en hoe kunnen deze bijdragen aan de reductie van emissie van ammoniak, methaan en lachgas, al dan niet na verdere verwerking van de meststromen? En wat is de waarde van deze nieuwe mestproducten voor de gewassen op het land en als bron van groene energie?

BSMO wordt uitgevoerd door Wageningen Research. Partners zijn NCM, LNV, vijf provincies, BO Akkerbouw, SBK, Melkveefonds, ZLTO, FME en elf techniekleveranciers.