Afbouw en analyse Biomeiler Voerendaal

De demontage en analyse van de biomeier

Met Nastasja Snijders, Luc Snijders, Ralf Coumans, Jasper, Tim van Rooij, Irma Corten en Frank Scholtens op afstand (demontage). 14/03/2020 Met Arie van Ziel, Fedde Jorritsma, Natasja Snijders, Jos Snijders en Frans Blezer 8/05/2020 (analyse) 

Door Irma Corten, Zilverberg advies

Dit is een vervolg op de eerdere analyse(s) o.a. de analyse 11-1-2020 die we gemaakt hebben samen met stichting Biomeiler en het CNME erbij. Op deze pagina de vochtigheidsmetingen van monsters uit de verschillende lagen in de biomeiler. Waaruit zowaar nog enkele wormen zijn gered, bij de overdroogmethode.

Inhoud

1. Knelpunt en hypothese in het kort
2. Observaties bij het afbouw van de biomeiler op 14 maart 2020
3. Verklaring en theoretische achtergrond
4. Aandachtspunten voor bij de bouw

1. Knelpunt en hypothese in het kort

In het afgelopen jaar hebben wij de biomeiler gevolgd in en de whatsapp groep bevindingen gedeeld en het wel en wee gevolgd (34 pagina’s A4). Knelpunt was dat het niet mogelijk bleek om – gedurende langere tijd – voldoende warm water af te tappen. Dat terwijl de kerntemperatuur wel volgens verwachting warm werd: 60 ^oC in de eerste maanden en later afnemend. De kerntemperatuur werd gemeten met de ca. 1,5 à 2 meter lange meetstok boven in de biomeiler.

.

Dit bleek ook bij het uitgebreide observatiebezoek van de Biomeiler op 10 januari 2020, o.a. met hulp van de warmtebeeldcamera . De kerntemperatuur meter gaf ca. 38 ⁰C aan. De warme puls bij de aanvoerleiding uit de Biomeiler steeg na aanzetten van het circuit echter niet verder dan max. 25 ⁰C. Dit is ongebruikelijk volgens de ervaringen van stichting Biomeiler. De temperaturen zouden verder moeten stijgen.

2. Observaties bij het afbouwen van de biomeiler op 14 maart 2020

Afbeeldingen: Er blijkt een kleine zeer natte kern te zijn: monsters 70 tot 80 % vochtigheid (M), met een iets warmere temperatuur 25-30 ⁰C. En daarnaast een veel drogere rand: monsters 13 %, 17 % en een uitschieter van 34 % vochtigheid (M).

Deze zijn eveneens te zien in het videoverslag.

1. De kerntemperatuur geeft nog 35 ⁰C aan.
2. Bovenop in het midden is de biomassa gezakt. Dit was een bult bij de bouw op 1 januari 2019. Nu is het een kuil.
3. Bovenop, bij het graven van een kleine kuil geeft de temperatuur tot zo’n 25 ⁰C aan  met de warmtebeeldcamera. Hier is geen duidelijke natte kern te zien, zoals later zichtbaar is bij de lagen er onder. Het oogt meer homogeen.
4. De biomeiler is laag voor laag afgegraven (zie tabel 1). Bij de eerste laag tyleenleidingen bleek geen kuilkleed te liggen. Hier was geen mooi doorsnee beeld van te zien met de foto en de warmtebeeldcamera. Van de overige lagen wel. Er blijkt een kleine zeer natte kern te zijn: monsters 70 tot 80 % vochtigheid (M)[1], met een iets warmere temperatuur 25-30 ⁰C. En daarnaast een veel drogere rand: monsters 13, 17 en een uitschieter van 34 % vochtigheid (M).
5. De grens tussen de natte kern, en de drogere rand is scherp (zie afbeeldingen)
6. In het droge deel zijn duidelijk schimmels herkenbaar (zie afbeelding).

Tabel 1 Laag voor laag door biomeiler: met warmtebeelden en steekproeven vochtigheid

Leidingen: leiding van laag 3 is iets je warmer dan de overige tyleenleidingen.

Bovenop: na eerste scheppen, temperatuur tot bijna 25 ⁰C. Monsters vochtigheid (M):   droog 34 %, nat  67 %,

1e laag van boven: hiervan hebben wij geen mooi beeld. Op deze laag tyleenleidingen lag geen kuilkleed, dus hebben wij moeten worstelen om de leidingen eruit te krijgen. Die zijn dus zeker niet geschikt om opnieuw te gebruiken. Monsters vochtigheid (M):  droog 13 %, nat  77 %

2e laag van boven: na het eraf trekken van het kuilkleed. Tot bijna 25 ⁰C in het midden bij de vochtige plek. NB. Er zit korte tijd tussen afbeelding en moment dat het kuilkleed eraf is getrokken. Dus iets afkoeling intussen is mogelijk. Monsters vochtigheid (M):  droog 17 %, nat  79 %. 

3e laag van boven: bij deel van de natte plek iets warmer (tot 28 ⁰C). Langs de randen een stuk koeler en variërend. Monsters vochtigheid (M):  droog 17 %, nat 74 %.

4e laag van boven: een heel duidelijk onderscheid tussen en natte deel in het midden. Natte deel warmer ((tot 28 ⁰C). Buitenrand net iets boven de buitentemperatuur. Monsters vochtigheid (M):  droog 30 %, nat 79 %.

3. Verklaring en theoretische achtergrond

Hypothese was dat in een groot aantal delen van de biomeiler het composteerproces is gestopt of vertraagt doordat het hier te droog geworden is.

Daarbij werd aan de volgende hoofdoorzaak gedacht:

1. Er is veel minder water toegevoegd dan voorgeschreven in het recept namelijk 37 m3 water in plaats van 100 m3.

Daarnaast kunnen andere oorzaken meespelen:

1. Dat het circuit later is opgestart (12 januari 2019 bouw, 21 maart 2019 aansluiting).
2. Het uitgangsmateriaal is ‘te mooi’
3. Droog warm weer tijdens de zomer.

De observaties bevestigen dat de biomeiler onder toplaag, voor een zeer groot deel te droog is geworden. En afwezigheid van water vertraagt of stopt het composteerproces. Deze hypothese wordt bevestigd.

Met de theorie achter de processen die in de Biomeiler afspelen (Müller, 2017), zijn de observaties goed te duiden.

Discussie over de observaties in samenspel met de theorie

“Compostering is de biologische afbraak van organisch materiaal onder gecontroleerde anaerobe omstandigheden tot een humusachtig stabiel product. De beschikbaarheid van zuurstof en de vochtigheid (M) hebben naast de voorbewerking van grondstof, de samenstelling van de nutriënten en de regeling van de temperatuur de grootste invloed op het proces in de biomeiler.” (Müller, 2017)

“De vochtigheid kan een limiterende factor worden. Onderzoek in de bodemkunde toont aan dat bij een vochtigheid (M) onder de 40 % de activiteit van micro-organismen afneemt en onder de 20 % de activiteit nagenoeg nul is. Schimmels en Actinomyceten kunnen wél een lage vochtigheid verdragen. Én, als de vochtigheid boven de 60 % komt, kan de luchtdoorstroming door de biomeiler belemmerd worden, waardoor de aanwezigheid van zuurstof de beperkende factor wordt.” (Müller, 2017)

Droge biomassa, groter dan ca. 30 % vochtigheid stoot water af, absorbeert weinig, is de praktijk- ervaring. 

De observaties verklaren:

1. De droge rand van de biomeiler heeft –deels – een vochtigheid onder de 20 %. Daar is de activiteit van micro-organismen nagenoeg  ‘nul’ en dus ook de warmteproductie heel laag.
2. Er zijn in de droge rand schimmeldraden te zien, die verdragen wel een lage vochtigheid onder de 20 %.
3. In de kern is de vochtigheid boven de 60 %. De luchtdoorlatendheid verminderd daardoor. Hier is zuurstof de beperkende factor. Dat maakt dat ook in het zeer natte deel van de biomeiler de activiteit van de micro-organismen en de warmteproductie laag is.
4. De scherpe grens tussen het natte en het vochtige deel zou verklaard kunnen doordat de droge buitenrand geen vocht meer opneemt.
5. Dat het in het midden zeer nat is, zou verklaard kunnen worden doordat de –heftige- regen die bovenop op de biomeiler is gevallen, zich vanwege de droge niet absorberende buitenrand, via een soort ‘trechter’ in de kern verzameld.

“De poriegrootte en de deeltjesgrootte zijn beslissend voor de luchtdoorstroming in de biomassa. De beschikbaarheid van de zuurstof is hier een functie van. Ideaal is een vrij poriënvolume van ca. 30 %, en een luchtvolume van ca. 50%.” (Müller, 2017)

“Bij aan de buitenkant ‘open’ biomeilers ontstaat een randzone met schimmelactiviteit, die door de lage vochtigheid een isolerende werking heeft. Berekend is dat dit een oppervlaktetemperatuur veroorzaakt, die 1-5 graden K hoger is dan de omgevingstemperatuur. De ervaring is, dat een biomeiler zonder warmteaftap leidt tot een vergroting van de randzone.” (Müller, 2017)

Met het “domebelüftungsverfahren”, in droogproeven op landgoed Quadenoord in 2011, wordt de natuurlijke trek in een biomassaopslag gestimuleerd met het doel op de biomassa te drogen. De warme lucht in de kern van de opslagbult stijgt op, en trekt aan de zijkant droge lucht. Van belang voor het stimuleren van de natuurlijke trek is deeltjesgrootte. (Corten, 2011)

De observaties verklaren:

1. De biomeiler Voerendaal is een ‘open’ biomeiler. Het circuit voor de warmte-aftap is pas ruim 2 maanden na de start in gang gezet. Dit kan ertoe geleid hebben dat er een grotere droge randzone is ontstaan.
2. Het vermoeden is dat, dat er naast te weinig water beschikbaar was, er een zichzelf versterkend drogingsproces gaande was, volgens het principe van dome-belüftung. De lucht in de warme kern trekt omhoog, waardoor vanaf de zijkant droge lucht wordt aangetrokken, die de biomassa verder droogt.
3. Dit gaat extra goed omdat de ‘mooie’ biomassa zorgt voor een goede luchtdoorstroming.

4. Aandachtspunten voor bij de bouw

Het model voor de nieuwe biomeiler wordt als volgt voorgesteld:

Relatief weinig kosten voor aanpassingen:

1. De biomeiler wordt gemaakt tussen de betonmuren (er zijn hekken meer nodig)
2. De betonmuur wordt uitgebreid tot brede U-vorm
3. Installatie in kast aan de buitenkant van de betonmuur.
4. Deze kast wordt heel goed geïsoleerd, met dikke isolatieplaten.
5. De leidingen kunnen over de betonmuur heen, en er zijn speciale legostenen met gaten geplaatst.
6. Een brede biomeiler kan lager, tot huidige muurhoogte (met bult), met minder circuits. 2 of 3?

Vraag voor vervolg

1. Als de biomassa direct tegen de betonnen rand aan komt te liggen, kan er dan voldoende zuurstof vanuit de zijkant de biomeiler in voor een goed composteringsproces? Is dit een risico?

->

Voor goede beluchting van onderaf wordt gedacht aan drainagebuizen, en ‘mooie’ shreds met goede luchtdoorstroming in de onderste laag. Daarbovenop dan een ‘mindere’ kwaliteit houtige biomassa.

Lessen voor vervolg:

1. Organiseer voldoende water tijdens de bouw en monitor tijdens de bouw hoeveel water wordt toegevoegd. Ideeën voor voldoende water:
   • (a) Natte biomassa gebruiken, bijvoorbeeld verse geoogst Populier, vernatten biomassa laten volzuigen in container.
   • (b) Een eerste laag biomassa alvast neerleggen en laten volzuigen, daarna verder bouwen.
   • (c) Regenwater opvangen (sloot- of regenwater is beter dan leidingwater)
2. Voldoende ‘slechte kwaliteit’ biomassa beschikbaar hebben.
3. Bedrijfsklaar hebben van de installatie bij bouw. Zodat deze direct aangesloten kan worden, als de biomeiler er klaar voor is.
4. Bouw op het moment vlak voor de grote warmtevraag (zie schema in het begin artikel), zodat de piek van de warmtevraag samenvalt met de piek van de warmteproductie.

Literatuur:

Müller, N. (2017). Untersuchungen zum Betriebsverhalten von Biomeilern. Geraadpleegd van https://tu-dresden.de/

Corten, I. (2011). optimaal-resultaat-lokale-biomassa/opslag/ . Geraadpleegd van https://zilverbergadvies.nl