Onderzoek: fermentatie, compostering en anaerobe vergisting van organisch materiaal
Wat gebeurt er met koolstof en voedingsstoffen wanneer organisch materiaal wordt gefermenteerd, gecomposteerd of anaeroob vergist? Een wetenschappelijke studie, gepubliceerd in Waste Management (2022), onderzocht de verschillen tussen deze drie verwerkingsmethoden. Daarbij werd gekeken naar het behoud van koolstof (C), stikstof (N) en fosfor (P) en naar de eigenschappen van de ontstane organische producten.
Waarom is dit onderzoek relevant?
Organische reststromen kunnen worden verwerkt tot producten die opnieuw aan de bodem worden toegevoegd. Denk bijvoorbeeld aan compost, digestaat en gefermenteerde producten zoals Bokashi. De manier waarop een organische reststroom wordt verwerkt, heeft invloed op de hoeveelheid koolstof en voedingsstoffen die uiteindelijk behouden blijven.
Voor een gezonde bodem is niet alleen de hoeveelheid organische stof van belang. Ook de vorm waarin koolstof en voedingsstoffen aanwezig zijn en de beschikbaarheid ervan voor het bodemleven spelen een rol.
De onderzoekers wilden daarom beter begrijpen wat er tijdens verschillende verwerkingsprocessen met koolstof, stikstof en fosfor gebeurt.
Wat is onderzocht?
In het onderzoek werden drie methoden met elkaar vergeleken:
- Compostering – een proces onder zuurstofrijke omstandigheden.
- Anaerobe vergisting – verwerking zonder zuurstof, waarbij onder andere biogas ontstaat.
- Melkzuurfermentatie – een proces zonder zuurstof waarbij organisch materiaal wordt gefermenteerd.
Voor een goede vergelijking werd bij de drie methoden hetzelfde modelmateriaal gebruikt. De experimenten werden uitgevoerd onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden.
Bij de fermentatie werd gebruikgemaakt van Microferm van Agriton, in combinatie met Edasil® en Aegir. Agriton leverde hiervoor het inoculum en andere benodigdheden.
Vervolgens brachten de onderzoekers de hoeveelheden koolstof, stikstof en fosfor in kaart. Ook onderzochten zij in welke vorm deze stoffen in de uiteindelijke producten aanwezig waren en in hoeverre ze wateroplosbaar waren.
Belangrijkste resultaten
Meer koolstof behouden bij fermentatie
Een opvallend resultaat was het verschil in koolstofbehoud.
Bij de fermentatie bleef ongeveer 92% van de oorspronkelijke koolstof in het gefermenteerde eindproduct aanwezig. Bij anaerobe vergisting bleef ongeveer 64% behouden. Bij compostering was dat ongeveer 39%.
Bij compostering ging een groot deel van de koolstof verloren via de gasfase, voornamelijk als gevolg van de omzetting van organische stof naar onder andere CO₂. Bij fermentatie bleef juist een veel groter deel van de koolstof in het eindproduct behouden.
Ook stikstof werd bij fermentatie grotendeels behouden
Ook voor stikstof waren duidelijke verschillen zichtbaar.
Bij de fermentatie bleef ongeveer 92% van de oorspronkelijke stikstof behouden. Bij anaerobe vergisting bleef in deze proef vrijwel alle stikstof binnen het systeem. Bij compostering ging ongeveer 47% van de stikstof verloren via de gasfase.
Dit laat zien dat de gekozen verwerkingstechniek invloed heeft op de hoeveelheid voedingsstoffen die uiteindelijk beschikbaar blijft in het organische eindproduct.
Beschikbaarheid van koolstof en voedingsstoffen
De onderzoekers keken niet alleen naar de totale hoeveelheid koolstof en voedingsstoffen, maar ook naar de hoeveelheid die in water oplosbaar was.
Het gefermenteerde product bevatte aanzienlijk meer wateroplosbare koolstof dan compost. In het onderzoek nam de hoeveelheid wateroplosbare koolstof in het gefermenteerde product met ongeveer 146% toe ten opzichte van het oorspronkelijke materiaal. De hoeveelheid wateroplosbare koolstof was ongeveer een orde van grootte hoger dan in het onderzochte compostproduct.
Wateroplosbare koolstof en voedingsstoffen kunnen gemakkelijker beschikbaar zijn voor micro-organismen. Volgens de onderzoekers kan dit relevant zijn voor de ontwikkeling van microbiële biomassa in de bodem.
Wat betekent dit voor de bodem?
Het onderzoek laat zien dat de manier waarop organisch materiaal wordt verwerkt, bepalend is voor de eigenschappen van het uiteindelijke product.
Processen onder zuurstofarme omstandigheden, zoals anaerobe vergisting en melkzuurfermentatie, bleken in deze laboratoriumproef koolstof en voedingsstoffen beter te behouden dan compostering.
Daarnaast beïnvloedde de gekozen verwerking de hoeveelheid koolstof, stikstof en fosfor die in wateroplosbare vorm aanwezig was. De onderzoekers koppelen dit aan de mogelijke beschikbaarheid van deze stoffen voor bodemmicro-organismen.
Een belangrijke gedachte achter het onderzoek is dat organische producten niet alleen beoordeeld moeten worden op de totale hoeveelheid organische stof of voedingsstoffen. Ook de kwaliteit en beschikbaarheid van de koolstof en voedingsstoffen zijn van belang voor de interactie met het bodemleven.
Belangrijk om te weten
De resultaten moeten wel in de juiste context worden bekeken. Het onderzoek werd uitgevoerd onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden met een specifiek modelmateriaal. De onderzoekers benadrukken dat de resultaten kunnen verschillen wanneer andere grondstoffen, procesomstandigheden of reactoren worden gebruikt.
Het onderzoek laat daarmee vooral zien hoe verschillend verwerkingsmethoden kunnen uitpakken voor het behoud en de beschikbaarheid van koolstof en voedingsstoffen. Het is geen directe vergelijking van alle mogelijke vormen van Bokashi en compost in praktijksituaties.
Conclusie
De studie laat zien dat fermentatie, compostering en anaerobe vergisting ieder leiden tot verschillende eigenschappen van het uiteindelijke organische product.
In deze laboratoriumstudie behield melkzuurfermentatie het grootste aandeel van de oorspronkelijke koolstof, terwijl ook een groot deel van de stikstof behouden bleef. Daarnaast bevatte het gefermenteerde product meer wateroplosbare koolstof dan het onderzochte compostproduct.
De onderzoekers concluderen dat het kiezen van de juiste verwerkingstechniek mogelijkheden biedt om koolstof en voedingsstoffen beter te behouden en de eigenschappen van organische reststromen gericht te beïnvloeden. Vervolgonderzoek is nodig om beter te bepalen hoe deze verschillende producten de eigenschappen en werking van de bodem in de praktijk beïnvloeden.
Rol van Agriton in het onderzoek
Agriton was betrokken bij het onderzoek als onderdeel van het onderzoeksthema rond bodem en leverde voor het fermentatie-experiment Microferm, Edasil® en Aegir en andere benodigdheden. Agriton wordt in de publicatie genoemd als één van de partijen die betrokken waren bij de samenwerking rond het onderzoek.
Het onderzoek zelf werd uitgevoerd door onderzoekers verbonden aan onder andere Wetsus, Wageningen University & Research, het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) en Attero.
Bron
Chavez-Rico, V.S., Bodelier, P.L.E., van Eekert, M.H.A., Sechi, V., Veeken, A. & Buisman, C. (2022).
Producing organic amendments: Physicochemical changes in biowaste used in anaerobic digestion, composting, and fermentation.
Waste Management, 149, 177–185.
DOI: 10.1016/j.wasman.2022.06.005.
Volledig wetenschappelijk artikel (Engels):
