2,4 TWh producerad och använd biogas år 2020

Transkript

1 Möjligheter med förbehandling Biogas från lignocellulosa Ilona Sárvári Horváth Ingenjörshögskolan Högskolan i Borås I samarbete med: SP, JTI, BEMAB, Dalkia och Grontmij AB Regionala mål i Västra Götaland 2,4 TWh producerad och använd biogas år 22 1

2 Industrins behov vs Forskning Biogas Väst Workshop, 212 februari: Ekonomisk analys Ekonomisk utvärdering Teknikutveckling Energieffektivisering Forskningen fokuserar mest på mikrobiologi Fortfarande viktig! Bioteknik Mikroorganismer jobbar för oss Vår dröm en fossilbränslefri stad Ett viktigt fokusområde i arbetet med att skapa en fossilbränslefri stad är transportsektorn. Inom den sektorn måste användandet av fossilfria bränslen öka kraftigt. BEMAB planerar att öka sin produktion av fordonsgas från dagens 2 miljoner Nm 3 till 4,7 miljoner Nm 3 till år 216. För att kunna öka biogasproduktionen flera substrat måste göras tillgängliga för rötning. 2

3 Varför lignocellulosa? Tillgången på ytterligare rötbart substrat är begränsad då det mesta redan rötas idag Restprodukter bestående av hög andel lignocellulosa, som t ex skogsavfall (GROT) och halm, har en stor potential för biogas produktion Den totala biogas- och energipotentialen i Sverige uppgår till 74 TWh/år varav lignocellulosa baserade restprodukter från skogen utgör merparten, nästan 6 TWh/år (8%). Varför förbehandling? Används redan idag Skruvpress för matavfall Malning Svårnedbrytbar struktur: lignin cellulosa hemicellulosa Ref: USDA Agricultural Research Service 3

4 Olika förbehandlingstekniker olika effektivitet (en litteraturstudie) Physical methods Chemical & Physicochemical Biological methods Milling: - Ball milling - Two-roll milling - Hammer milling - Colloid milling - Vibro energy milling Irradiation: - Gamma-ray irradiation - Electron-beam irradiation - Microwave irradiation Others: - Hydrothermal - High pressure steaming - Expansion - Extrusion - Pyrolysis Explosion: - Steam, Ammonia, CO 2, SO 2, Acids Alkali: - NaOH, NH3, (NH4)2SO3 Acid: - Sulfuric, Hydrochloric & Phosphoric acids Gas: - ClO2, NO2, SO2 Oxidizing agents: - Hydrogen peroxide - Wet oxidation - Ozone Solvent extraction of lignin: - Ethanol-water extraction - Benzene-water extraction - Ethylene glycol extraction - Butanol-water extraction - Swelling agents Organosolves/ Ionic liquids Fungi and Actinomycetes Behandling av trä, halm och papper,6,5 Paper tube residuals m 3 CH 4 /kgvs,4,3,2 Japanees cedarchips Woodchips Wheat straw Corn straw,1 4

5 Pappersavfall Pappersavfall ger,23 Nm 3 CH 4 /kg VS (ca 2 Nm 3 CH 4 /ton torr papper) Den teoretiskt möjliga metanproduktion är:,5 Nm 3 /kg VS Metanutbyten 6 (a) 5 ångexpl.+kem. NmL CH4/g VS Behandlade prover ger: Mer metan och Snabbare nedbrytning! obehandlad 19 C, 2%NaOH, 1min 19 C, 2% NaOH, 3min 22 C, 2%NaOH+2%H2O2, 1min Untreated Time (days) Kinetik; - Metan produktionshastighet Ref: A.Teghammar et al. Bioresource Technology 21 5

6 Förbehandling hur mycket påverkar det biogasproduktionen? Ekonomiskt mer slagkraftiga biogasanläggningar Bättre gasutbyte Snabbare nedbrytning Mer biogas Avfall Förbehand ling Rötkammaren Mindre rötrest Energibalans Gasutbytet : +7,5 % Värmebehovet: -21 % Mer biogas Avfallsfraktion 1 9 % Rötkammaren Avfallsfrakt. 2 1% Ångexplosion Mindre rötrest Ref: WR12 rapport 6

7 Processdesign Modell utvecklade av Grontmij AB för förbehandling av 5, t/år Engineering Equation Solver (EES) Production cost & gas yield SEK/ton VS Forest residues (SE) Straw (SE) Paper (SE + NaOH) Production costs Gas yield *.5 SEK/kWh Feedstock Förbehandlingskostnaderna jämförs med värdet av den producerade gasen Papper påvisade det bästa ekonomiska resultatet då värdet av den producerade gasen var mer än 15 % högre än förbehandlingskostnaderna. För halm var förbehandlingskostnaderna ungefär lika som värdet av den producerade gasen. För GROT var förbehandlingskostnaderna 5 % högre än intäkterna från gasen, beroende på priset för GROT. 7

8 Resultat för GROT Breakdown of production costs Raw material Administration Labor eguipment Supervision Manpower Plant Management Insurance Maintenance Devaluation SEK/ton* yr Höga kostnader för råmaterialet gör att det är svårt att få positiv nettoresultat Sensitivity analysis Pretreatment production cost versus gas price SEK/ton VS Forest residues (SE) Straw (SE) Paper (SE + NaOH) Production costs Gas yield *.5 SEK/kWh Gas yield *.75 SEK/kWh Gas yield * 1. SEK/kWh Feedstock 8

9 Metanutbyten 6 (a) 5 ångexpl.+kem. NmL CH4/g VS obehandlad 19 C, 2%NaOH, 1min 19 C, 2% NaOH, 3min 22 C, 2%NaOH+2%H2O2, 1min Untreated Time (days) Ref: A.Teghammar et al. Bioresource Technology 21 Framtidens behov Ekonomisk analys Ekonomisk utvärdering Teknikutveckling Energieffektivisering Koppla ihop mikrobiologi och teknikutveckling Kontinuerliga samrötningsförsök Optimala blandningsförhållanden Långtidseffekter Underlag till ekonomisk analys 9

10 Framtidsvision / Flexibilitet Mer biogas Avfallsfrakt. 2 y% Avfallsfrakt. 3 z% Förbehand ling 1 Förbehand ling 2 Rötkammaren Mindre rötrest NMMO- behandling av granflis och halm Metanproduktion av obehandlade eller förbehandlade prover uttryckta som procenthalter av den teoretisk möjliga metanutbyten Milda förhållanden NMMO (N-methylmorpholine- N-oxide) Miljövänligt organisk lösningsmedel Kan återvinnas efter behandling WR45 Ref: A.Teghammar et al. Biomass & Bioenergy 212 1

11 Tack! 11