Sachverhalt:
A.
X._ beabsichtigt, auf seinem ausserhalb des Siedlungsgebiets gelegenen Landwirtschaftsbetrieb in der Gemeinde Ballwil eine Biogasanlage zu erstellen. Nach einem längeren Verfahren erteilte der Gemeinderat Ballwil am 15. Dezember 2011 die Baubewilligung für einen Fermenter, einen Anbau der Schweinescheune für eine Verrottungskammer und einen Mistplatz, eine Überdeckung des bestehenden Güllebehälters sowie ein Retentionsbecken. Die Dienststelle Raumentwicklung, Wirtschaftsförderung und Geoinformation (rawi) des Bau-, Umwelt- und Wirtschaftsdepartements des Kantons Luzern hatte das Projekt bereits am 23. November 2011 unter verschiedenen Auflagen und Bedingungen als zonenkonform nach Art. 16a Abs. 1bis RPG in Verbindung mit Art. 34a der Raumplanungsverordnung vom 28. Juni 2000 (RPV; SR 700.1) bewilligt.
Die in den genannten Bewilligungen enthaltenen Auflagen und Bedingungen focht X._ beim Verwaltungsgericht des Kantons Luzern an. Dieses wies seine Beschwerde am 6. September 2012 ab, soweit es darauf eintrat. Zugleich hob es die kantonale und kommunale Bewilligung vom 23. November 2011 bzw. 15. Dezember 2011 auf und wies die Sache zur Neubeurteilung an den Gemeinderat Ballwil zurück. Es gelangte zum Schluss, dass für die Biogasanlage eine Umweltverträglichkeitsprüfung durchzuführen sei.
B.
X._ beantragt dem Bundesgericht mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten, das Urteil des Verwaltungsgerichts vom 6. September 2012 aufzuheben und über das Rechtsmittel des Beschwerdeführers ohne Durchführung einer Umweltverträglichkeitsprüfung zu entscheiden. Eventuell sei die Sache mit verbindlichen Weisungen an das Verwaltungsgericht zurückzuweisen bzw. es sei die Kostenauflage im angefochtenen Entscheid aufzuheben, auf eine solche zu verzichten und dem Beschwerdeführer für das vorinstanzliche Verfahren eine reduzierte Parteientschädigung von Fr. 4'000.-- zuzusprechen.
Die Gemeinde Ballwil stellt den Antrag, es sei auf die Beschwerde nicht einzutreten, eventuell sei sie abzuweisen und das Urteil des Verwaltungsgerichts vom 6. September 2012 zu bestätigen. Das Verwaltungsgericht ersucht um Abweisung des Rechtsmittels. Die Dienststelle rawi hat auf eine Vernehmlassung verzichtet. Das Bundesamt für Umwelt erklärt in seiner Stellungnahme, es erachte den angefochtenen Entscheid als bundesrechtswidrig.
Der Beschwerdeführer hält in seiner Replik an seinen Anträgen fest. Die Gemeinde Ballwil ersucht in einer weiteren Stellungnahme um Abweisung der Beschwerde.
Erwägungen:
1.
Streitgegenstand bildet die Baubewilligung für eine Biogasanlage. Der Beschwerdeführer focht die Auflagen und Bedingungen an, welche die zuständigen Instanzen mit der Bewilligungserteilung festgesetzt hatten. Die Vorinstanz prüfte die umstrittenen Nebenbestimmungen allerdings nicht, sondern wies die Sache zur Durchführung einer Umweltverträglichkeitsprüfung und zu neuem Entscheid an den Gemeinderat Ballwil zurück.
Das angefochtene Urteil schliesst das kantonale Verfahren nicht ab. Es handelt sich deshalb um einen Zwischenentscheid. Entgegen der Auffassung des Beschwerdeführers trifft es nicht zu, dass dem Gemeinderat Ballwil beim neuen Entscheid kein Spielraum mehr zustände. Dieser hätte vielmehr - sollte der angefochtene Entscheid bestätigt werden - das Baugesuch unter Würdigung der Umweltverträglichkeitsprüfung neu zu beurteilen.
Zwischenentscheide können nach Art. 93 Abs. 1 BGG beim Bundesgericht nur angefochten werden, wenn sie einen nicht wieder gutzumachenden Nachteil bewirken (lit. a) oder wenn die Gutheissung der Beschwerde sofort einen Endentscheid herbeiführt und damit einen bedeutenden Aufwand an Zeit oder Kosten für ein weitläufiges Beweisverfahren erspart (lit. b). Die Voraussetzungen gemäss lit. b sind nicht erfüllt, denn eine Gutheissung würde nicht zu einem Endentscheid, sondern zur Rückweisung an die Vorinstanz führen, die dann die in der Baubewilligung enthaltenen Auflagen und Bedingungen prüfen müsste.
Ein nicht wieder gutzumachender Nachteil gemäss Art. 93 Abs. 1 lit. a BGG ist nach der Rechtsprechung zu bejahen, wenn auch ein für den Beschwerdeführer günstiger Endentscheid die nachteiligen Wirkungen des Zwischenentscheids nicht zu beheben vermag. Die blosse Verlängerung oder Verteuerung des Verfahrens bewirkt grundsätzlich keinen nicht wieder gutzumachenden Nachteil. Allerdings kann es aus Gründen des verfassungsrechtlichen Beschleunigungsgebots (Art. 29 Abs. 1 BV) erforderlich sein, dass das Bundesgericht a uf eine Beschwerde gegen einen Zwischenentscheid eintritt, wenn für die Parteien ein Zuwarten bis nach Ergehen des Endentscheids unzumutbar erschiene (BGE 136 II 165 E. 1.2.1 S. 170 f.).
Wenn die von der Vorinstanz angeordnete Umweltverträglichkeitsprüfung für den Beschwerdeführer hohe Kosten und eine erhebliche Verfahrensverlängerung zur Folge hätte, genügt das zwar nach der Rechtsprechung an sich nicht für die Bejahung eines nicht wieder gutzumachenden Nachteils. Es ist jedoch dem Beschwerdeführer nicht zumutbar, sich gegen die angeordnete Umweltverträglichkeitsprüfung erst im Anschluss an den Endentscheid zu wehren, wenn diese Prüfung bereits durchgeführt ist und er folglich mit einem Rechtsmittel nur noch die Rückerstattung der Kosten verlangen könnte. Das Bundesgericht hat denn auch in einer vergleichbaren Situation einen nicht wieder gutzumachenden Nachteil bejaht und die Anfechtbarkeit eines Zwischenentscheids, der eine altlastenrechtliche Detailuntersuchung anordnete, zugelassen (BGE 136 II 370 E. 1.4 und 1.5 S. 373 f.).
Die übrigen Sachurteilsvoraussetzungen sind ebenfalls erfüllt. Auf die Beschwerde ist daher einzutreten.
2.
Der Beschwerdeführer beabsichtigt, mit der geplanten Anlage durch die Vergärung von Biomasse Energie zu erzeugen. Es ist unbestritten, dass es sich um eine Vergärungsanlage gemäss Ziff. 21.2a des Anhangs der Verordnung vom 19. Oktober 1988 über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPV; SR 814.11) handelt. Da die vorgesehene Kapazität 5'000 t Substrat pro Jahr übersteigt, ist nach der erwähnten Norm für die Anlage eine Umweltverträglichkeitsprüfung erforderlich. Umstritten ist, ob die genannte Bestimmung, die am 1. Dezember 2008 in Kraft trat, auf das Vorhaben des Beschwerdeführers bereits Anwendung findet.
Nach Art. 24 UVPV werden Baugesuche, die bei Inkrafttreten der fraglichen Rechtsänderung hängig waren, nach dem alten Recht beurteilt. Nach Letzterem musste für das Vorhaben des Beschwerdeführers keine Umweltverträglichkeitsprüfung durchgeführt werden.
Die Vorinstanz stellt fest, dass der Beschwerdeführer das Baugesuch zwar am 19. Juni 2008, also vor dem Inkrafttreten von Ziff. 21.2a des Anhangs der UVPV eingereicht habe. E r habe jedoch das Gesuch später in einem wesentlichen Punkt abgeändert, da er nun eine andere Zusammensetzung der Biomasse vorsehe als nach dem Gesuch vom 19. Juni 2008. Nach Auffassung des Beschwerdeführers beruht diese Beurteilung auf einer offensichtlich unzutreffenden Sachverhaltsfeststellung und zudem auf einer unzutreffenden Anwendung von Bundesrecht.
3.
Baugesuche müssen alle Angaben enthalten, die notwendig sind für die Beurteilung, ob die gesetzlichen Vorschriften eingehalten sind (vgl. Christian Mäder, Das Baubewilligungsverfahren, 1991, N. 244). Bei einem Projekt einer Biogasanlage ist unter anderem näherer Aufschluss über die Art und Menge des zu verarbeitenden Substrats sowie über dessen Herkunft erforderlich (vgl. Art. 16a Abs. 1bis RPG, Art. 34a RPV und Ziff. 21.2a des Anhangs der UVPV).
Dem Bauherrn steht es frei, im Verlauf des Bewilligungsverfahrens oder nach erteilter Baubewilligung sein ursprüngliches Projekt abzuändern. Betrifft diese Änderung einen rechtserheblichen Punkt, muss er dafür allerdings ein neues Baugesuch einreichen (vgl. Mäder, a.a.O., N. 589). Ein solches ist hingegen nicht nötig, wenn die Änderung ohne rechtliche Bedeutung ist.
4.
Die Vorinstanz gelangt zum Schluss, der Beschwerdeführer habe sein ursprüngliches Gesuch vom 19. Juni 2008 nachträglich bezüglich der Art der zu verarbeitenden Biomasse abgeändert. So habe er zunächst auf Nachfragen der Behörden angegeben, in der geplanten Anlage fast ausschliesslich Hofdünger und nur in einem vernachlässigbaren Umfang von 2,2% Grüngut zu verarbeiten. Nach der ersten Rückweisung der Sache durch die Vorinstanz habe er demgegenüber erklärt, die Biomasse bestehe nur zu 80% aus Hofdünger und zu 20% aus flüssigen Co-Substraten. Die vorgesehene Menge der Letzteren habe sich dadurch von 200 auf 3'000 t pro Jahr erhöht.
Der Beschwerdeführer kritisiert diese Sachverhaltsfeststellung als offensichtlich unrichtig. Es sei von Anfang an vorgesehen gewesen, dem Hofdünger bis maximal 20% Co-Substrate beizufügen, wie dies die gesetzlichen Vorschriften zuliessen. Ob dieser Einwand berechtigt ist, kann offen bleiben. Denn selbst wenn die von der Vorinstanz angenommene Gesuchsänderung erfolgt sein sollte, wäre diese, wie sich aus den nachfolgenden Erwägungen ergibt, nicht rechtserheblich.
5.
Die Vorinstanz misst der Art und Menge des dem Hofdünger beigefügten Co-Substrats zu Recht eine massgebliche Bedeutung bei. Sie übersieht indessen, dass Art. 5 Abs. 2 lit. a der Dünger-Verordnung vom 10. Januar 2001 (DüV; SR 916.171) den Hofdünger definiert und dabei zulässt, dass dieser neben Gülle, Mist, Mistwässern, Gülleseparierungsprodukten, Silosäften und vergleichbaren Abgängen aus der Tierhaltung oder dem Pflanzenbau auch maximal 20% Material nicht landwirtschaftlicher Herkunft (sog. Co-Substrat) enthalten darf. Bis zu einem Anteil von 20% bleibt die genaue Menge von Co-Substrat demnach ohne rechtliche Bedeutung. Die Biomasse gilt in jedem Fall als Hofdünger gemäss Art. 5 Abs. 2 lit. a DüV. Wie das Bundesamt für Umwelt in seiner Vernehmlassung ausführt, bezweckt diese Regelung, die Zugabe von Co-Substrat zu erleichtern, da dieses die Vergärung verbessert und die Umwelt nicht mehr belastet, wenn dessen Menge höchstens 20% beträgt.
Der von der Vorinstanz angenommenen Änderung des Anteils von Co-Substrat kommt demnach keine rechtliche Bedeutung zu. Für eine solche nachträgliche Änderung bedarf es aus diesem Grund keines neuen Baugesuchs. Dementsprechend kann die Erhöhung des Anteils von Co-Substrat auf 20% im Lichte von Art. 24 UVPV auch nicht als neues Baugesuch angesehen werden. Nicht ausschlaggebend ist, dass das Baugesuch nach dem Inkrafttreten von Ziff. 21.2a des Anhangs der UVPV noch im Kantonsblatt publiziert wurde. Wie dem Schreiben der Gemeinde Ballwil vom 22. April 2011 zu entnehmen ist, sollte damit eine Unterlassung bei der Bekanntgabe des ursprünglichen Gesuchs nachträglich behoben werden. Die Veröffentlichung erfolgte also nicht, weil die Behörden von einer Projektänderung ausgingen.
Die Vorinstanz ist demnach zu Unrecht von einer rechtserheblichen Änderung des Baugesuchs vom 19. Juni 2008 ausgegangen. Der angefochtene Entscheid verletzt daher Bundesrecht.
6.
Die Beschwerde ist aus diesen Gründen gutzuheissen, der angefochtene Entscheid aufzuheben und die Sache zur weiteren Beurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen.
Bei diesem Ausgang des Verfahrens sind keine Kosten zu erheben (Art. 66 Abs. 1 und 4 BGG). Die Gemeinde Ballwil hat den Beschwerdeführer für das bundesgerichtliche Verfahren angemessen zu entschädigen (Art. 68 Abs. 2 und 5 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.
Die Beschwerde wird gutgeheissen und der Entscheid des Verwaltungsgerichts des Kantons Luzern vom 6. September 2012 aufgehoben. Die Sache wird zur weiteren Beurteilung an das Verwaltungsgericht zurückgewiesen.
2.
Es werden keine Kosten erhoben.
3.
Die Gemeinde Ballwil hat den Beschwerdeführer für das bundesgerichtliche Verfahren mit Fr. 3'000.-- zu entschädigen.
4.
Dieses Urteil wird dem Beschwerdeführer, der Gemeinde Ballwil, dem Bau-, Umwelt- und Wirtschaftsdepartement des Kantons Luzern, Dienststelle Raumentwicklung, Wirtschaftsförderung und Geoinformation (rawi), dem Bau-, Umwelt- und Wirtschaftsdepartement des Kantons Luzern, Dienststelle Umwelt und Energie (uwe), dem Verwaltungsgericht des Kantons Luzern, Verwaltungsrechtliche Abteilung, und dem Bundesamt für Umwelt schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 29. Oktober 2013
Im Namen der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Fonjallaz
Der Gerichtsschreiber: Geisser