Technologie kan flink bijdragen aan minder stikstofuitstoot door de Nederlandse landbouw, stellen onderzoekers van Wageningen University & Research. Zij hebben geïnventariseerd in welke technologie het beste geïnvesteerd kan worden om maximaal bij te dragen aan een lagere stikstofuitstoot van de Nederlandse landbouw.
Kringlooplandbouw met stikstof in balans is de titel van het kennisbasisprogramma waarin zes Wageningse onderzoeksinstituten samen de potentie van technologie in de aanpak van het stikstofprobleem in kaart hebben gebracht. Er is een enorm overschot aan stikstof in Nederland wat ontstaat doordat ieder jaar veel meer stikstof binnenkomt via met name veevoer en kunstmest, dan er uit gaat. Peter Geerdink was projectleider namens Wageningen Food & Biobased Research. “Een effectieve aanpak van het Nederlandse stikstofprobleem is gebaat bij een breder perspectief dan alleen het reduceren van de veestapel en het uitkopen van boeren. Ook technologisch kunnen we veel aan de oplossing van het probleem doen.” Deze conclusie is in lijn met het stikstofpact dat LTO, Natuurmonumenten, Natuur & Milieu, VNO-NCW en Bouwend Nederland eind mei 2021 hebben opgesteld en waarin wordt voorgesteld 6 miljard euro te investeren in ‘brede innovaties’ bij agrarische bedrijven.
Reststromen voor veevoer
De onderzoekers hebben in het project allereerst gekeken aan welke knoppen je kunt draaien om de stikstofuitstoot van de landbouw beter in balans te krijgen. Reductie van veevoerimport is daar één van. Volgens Geerdink wordt met de import van – vooral – sojaschroot jaarlijks ruim 400 miljoen kilo stikstof aan de Nederlandse stikstofkringloop toegevoegd. “Minder importeren is – naast inkrimping van de veestapel – mogelijk door geïmporteerde grondstoffen te vervangen door reststromen van lokaal geteelde gewassen. Deze reststromen worden nu vooral laagwaardig verwerkt, bijvoorbeeld in compost of voor de productie van biogas. Voor de boer levert verwerking van deze reststromen tot veevoer potentieel meer op. Door deze reststromen te raffineren en behandelen tot de juiste specificaties wordt het gezond, voedzaam en lekker voor het vee.”
Ammoniakverlies uit mest voorkomen
Om ammoniakverliezen op en rond het erf te verminderen, is draaien aan een andere knop nodig, namelijk de koeienstal. De koeienstal levert met zijn ammoniakuitstoot een grote bijdrage aan de stikstofdepositie in de natuur die de groei van de ene plantensoort versterkt (gras, brandnetel, braam) ten koste van andere soorten. Koeienstallen zijn open zodat natuurlijke ventilatie ontstaat, een belangrijke voorwaarde voor het welzijn van de koe. Echter, zo wordt de lucht niet gefilterd, zoals in gesloten varkensstallen wel gebeurt en lekken grote hoeveelheden stikstof in de vorm van ammoniak uit de mest naar de buitenlucht. Technologisch valt er nog veel winst te behalen door luchtwassers voor open stallen te ontwikkelen en te introduceren. Een andere technologische uitdaging is: hoe voorkom je dat ammoniak überhaupt uit opgeslagen mest ontsnapt? Geerdink: “We moeten naar gesloten systemen voor mestopvang toe, zodat de ammoniak niet via de lucht kan verdwijnen. Elk jaar komt er 71 miljoen kilo ammoniak vrij uit dierlijke mest die we prima kunnen gebruiken als grondstof voor kunstmest. Kunstmest wordt traditioneel geproduceerd door stikstof uit de lucht via een energie-intensief proces om te zetten in ammoniak. Hierdoor wordt er elk jaar 245 miljoen kilo stikstof aan de Nederlandse kringloop toegevoegd. Er wordt nu volop onderzoek gedaan naar elektrochemische processen om op de boerderij zelf kunstmest uit afgevangen ammoniak te kunnen maken. Dat is heel effectief, omdat je dan niet met de mest hoeft te gaan rijden.”
Goedkoper filteren
De resterende mest die naar regionale mestverwerkingsfabrieken wordt getransporteerd, wordt omgezet in kunstmestvervanger, biogas en organische fractie. Om stikstof efficiënt uit dunne mestfractie en vergiste biomassa te kunnen halen, zijn nog technologische stappen te zetten. Daarom werkt Wageningen University & Research aan goedkope membraanfiltratie die goed uit de voeten kan met vuile stromen. Geerdink: “De huidige processen zijn kostbaar, omdat er veel voorbehandeling nodig is om stromen te zuiveren en te voorkomen dat er verstoppingen ontstaan. De eerste filtratieproeven met vuil materiaal uit de mestverwerkingsfabriek zijn veelbelovend, maar we zijn nog niet zo ver dat de nieuwe, efficiënte technologie kan worden opgeschaald.”
Ammoniak en kalium scheiden
Een andere uitdaging tijdens membraanfiltratie is het scheiden van ammoniak en kalium. “Beide stoffen zijn positief geladen en de moleculen zijn ook ongeveer even groot”, legt Geerdink uit. Dit maakt ze lastig te scheiden. Maar het is wel belangrijk om ze circulair te kunnen gebruiken, want kalium en stikstof zijn op verschillende momenten en voor verschillende gewassen nodig.” Investeringen in fundamenteel onderzoek zijn volgens de onderzoeker nodig om deze ingewikkelde puzzel te kunnen leggen. Daarnaast wordt al volop onderzoek gedaan naar mogelijkheden om ammoniak energiezuinig uit organische fractie te ‘strippen’. Geerdink: “Dit gebeurt nu door ammoniak eerst te laten verdampen en in een andere vloeistof te vangen. Dat kost veel energie. Met transmembraanchemosorptie wordt ammoniak direct via een membraan wordt verwijderd uit mestvloeistof zoals bijv. RO concentraat. Met name voor mestvloeistoffen na scheiding (waarbij P vergaand is verwijderd) lijkt dit perspectief te bieden, omdat na TMCS een N en P arme vloeistof overblijft. De techniek vraagt zeer weinig energie (in vergelijking met bijv.strippen). Het is een technologie waar al langer aan gewerkt wordt, inmiddels veel bekend is aan mechanismen etc en waarmee we nu verwachten op het punt van doorbraak te kunnen komen naar praktijktoepassingen. “
Een andere ontwikkeling waar we aan werken is de toepassing van elektrodialyse technologie. Hierbij kan door middel van een elektrochemische cel met elektroden en membraanparen en nieuwe inzichten in het proces, selectief ammonium van kalium verwijderd worden.
Het inventariserend onderzoek toont volgens Geerdink aan dat investeren in technologie – naast andere maatregelen – loont om de stikstofuitstoot van de landbouw omlaag te krijgen. “De knoppen waaraan gedraaid kan worden, werken als communicerende vaten: als je wat harder aan de ene knop draait, hoef je wat minder hard aan de andere te draaien.”