Förstudie biogasproduktion Jakobssons Slakteri AB

Transkript

1 Förstudie biogasproduktion Jakobssons Slakteri AB

2 Innehåll 1. Sammanfattning Inledning och bakgrund Syfte och mål Avgränsningar Biogas och dess potential Vad är Biogas? Biogasprocessen: Olika substrat och dess biogasutbyte Gasanvändning och uppvärmning Inventering av Biogassubstrat Fakta Jakobssons Slakteri AB Biogaspotential hos Jakobssons Slakteri AB Egen Biogasanläggning Jakobssons Slakteri AB Andra potentiella substrat i närområde Enkel kalkyl potentiell Samrötningsreaktor Totala mängden substrat och potentiell energiproduktion Exempel på uträkning av volym på reaktorn Investeringsbehov Samrötningsanläggning - Investering Källförteckning

3 1. Sammanfattning WSP har fått i uppdrag att inom projektet Baltic Energy i samarbete med Landstinget Västernorrland, utföra en förstudie för en biogasanläggning. Syftet med förstudien har varit att undersöka om det finns förutsättningar för en biogasanläggning vid Jakobssons Slakteri AB i Nyland Kramfors kommun. En sådan anläggning är i första hand tänkt att tillgodose egen produktion av el samt värme. Förstudien visar att de egna förrötningsbara produkterna teoretiskt skulle kunna ge betydande energitillskott av en biogasanläggning men att det är ett problem att röta enbart slakteriavfall. Dessutom är volymen förrötningsbara tillgångar hos Jakobssons Slakteri för liten för att få ekonomi i en Biogasanläggning för kraftvärmeproduktion på slakteriet. En övergripande inventering av ytterligare förrötningsbara substrat i närområdet visar dock på att den sammanlagda volymen av dessa är så stor att de bör beaktas. Dessa substrat tillsammans med de från Jakobssons Slakteri AB bedöms ha hög potential för en samrötning. Detta gynnar i hög grad de ekonomiska förutsättningarna för projektet. Inventeringen av potentiella biogassubstrat i närområdet visar att det finns potential att producera betydande mängd energi, nästan kwh/år. Detta motsvarar energibehovet för ca 120 normalstora villor (25 000kWh/år) i Sverige. En del av de producenter som finns i närområdet har uttryckt intresse av att vara delaktiga i en framtida samrötningsanläggning. De kan också ta hand om merparten av de restprodukter som förrötningsanläggningen skapar. En fördjupad studie med intressenter rekommenderas. 2

4 2. Inledning och bakgrund Jakobssons Slakteri AB är ett litet kravmärkt slakteri med ambition att verka som ett miljösmart företag. Som del i deras strävan siktar man på att ersätta delar av inköpt energi med förnybar egenproducerad sådan. Företaget har en snittproduktion av 40 djur i veckan. Idag drivs stora kylar av elström. Chockkylar för att snabbt få ner temperaturen på slaktkropparna och förvaringskylar. Slaktavfallet transporteras till Kristinehamn för destruktion vilket i längden är ohållbart både vad gäller miljö och ekonomi. Med el och värme från en Biogasanläggning skulle slakteriet ta ytterligare ett steg mot att verka som ett klimatsmart företag. Dessutom skulle de spara pengar då behovet av inköpt energi minskar. Transport- och deponikonstnader för slaktavfall skulle reduceras markant. I denna förstudie granskas översiktligt förutsättningarna för att kunna nå dessa ambitiösa mål. Detta har skett genom en inventering av egna förrötningsbara substrat samt även intilliggande producenters potentiella substrat. 3. Syfte och mål Eftersom Jakobssons Slakteri AB strävar efter att bli mer klimatsmart är ett mål att öka den förnybara energikällan som finns i verksamheten. Ett annat mål är att minska transport och deponikostnader. Dessa är både kostsamma och är dåliga för miljön. En biogasanläggning skulle kunna förse lokaler med energi i form av el, uppvärmning samt kylning på ett miljövänligt sätt. Biogasanläggningen skulle också kunna skapa nya intäkts- och arbetstillfällen. 4. Avgränsningar Avgränsningarna i förstudien har i grunden varit de egna förrötningsbara substraten. Slakteriavfall lämpar sig mindre bra som ensamt substrat, då det har flera egenskaper som kan påverka biogasprocessen negativt under vissa förutsättningar. Men Samrötningsblandningar med inblandning av slakteriavfall ger ofta mycket högt biogasutbyte. Därför har förstudien tittat vidare på intilliggande producenters potentiella biogassubstrat. 3

5 5. Biogas och dess potential 5.1 Vad är Biogas? Biogas bildas av att organiskt material bryts ned med hjälp av mikroorganismer i syrefri miljö. Denna process kallas rötning. Gasen innehåller ca % metangas CH 4, övrigt är mestadels koldioxid CO 2 och vatten. Av dessa är metangasen den energibärande beståndsdelen och således den värdefulla gasen. Sammansättningen varierar med vilka typer av organiskt material som ingår i rötningsprocessen. Det organiska materialet som även kallas substrat är ofta gödsel, slaktavfall, lantbruksgrödor mm. Figur 1: Enkel översiktsbild Biogasanläggning (källa: Slakteri/Ladugård Rötrester 5.2 Biogasprocessen: I en Biogasprocess samverkar ett flertal mikroorganismer att bryta ner exempelvis kolhydrater, proteiner och fetter till slutprodukterna som huvudsakligen är metan och koldioxid. Det är en komplicerad mikrobiologisk process som sker spontant och naturligt i vårt habitat, exempelvis i magen på idisslande djur, i sumpmarker och i våra magar. Samma biologiska process sker även en biogasanläggning där organiska material rötas. Många typer av organiska material lämpar sig som substrat för rötning, till exempel slam från avloppsreningsverk, matavfall, gödsel, slaktavfall, olika växtmaterial och processvatten från livsmedelsindustrin. Samrötning kallas det när man har olika typer av substrat är delaktiga i rötningen. Samrötning leder oftast till en högre halt av metan i rötgasen jämfört med om enbart ett enskilt substrat rötas. I vissa fall är förbehandling nödvändigt för att mottagningssystem, pumpning, omrörning och nedbrytning ska fungera optimalt. Torra material kan behöva blötas upp, medan alltför vattenrika substrat måste avvattnas för att inte ta alltför stor rötkammarvolym i anspråk. Andra förbehandlingstekniker som förekommer är till exempel malning och sönderdelning med hjälp av kvarnar och skärande skruvar. 4

6 De biogasanläggningar som behandlar material med animaliskt ursprung, till exempel slakteriavfall och gödsel, måste hygienisera det ingående substratet innan det går in i själva rötningsprocessen. Hygieniseringssteget utförs vanligen genom att allt material upphettas till 70 C i minst en timme innan det matas in i rötkammaren. Se figur 1 & 2 för enkel översiktsbild. Figur 2: Enkel översiktsbild Biogasproduktion (källa: Själva rötningsprocessen kan delas in i tre huvudsteg; hydrolys, jäsning och metanbildning. I det första steget sönderdelas komplexa organiska föreningar av mikroorganismer och enzymer till mindre föreningar som socker och aminosyror. I nästa steg sker en jäsning (fermentation) varvid ett antal mellanprodukter, bland annat alkoholer, fettsyror och vätgas bildas. I den sista fasen sker metanbildningen med hjälp av en unik grupp mikroorganismer. I slutändan fås Biogas med ca 55-66% metan och även Rötrester. Rötresterna kan med fördel åter spridas ut på ängar och skogsmark som gödning. För att kunna utnyttja biogas som fordonsbränsle måste energiinnehållet först höjas genom att bl.a. koldioxid avskiljs, så kallad Uppgradering. Även vatten och föroreningar som till exempel svavelväte och partiklar behöver avlägsnas. Detta görs i en så kallad uppgraderingsanläggning. Figur 3: Jämförelser mellan olika bränslen 5

7 Som tumregel kan man säga att man får ut ca 1m 3 rågas/dygn från 1m 3 substrat som finns i rötkammaren. Således 300m3 rötkammare ger 300m3 rågas per dygn, ekvivalent med energimängden från ca 300liter diesel. (Källa: 6

8 5.3 Olika substrat och dess biogasutbyte. Tabell 1: Tabellen nedan redovisar biogasutbyte från några olika råvaror: Substrat Skörd 1) (ton/ha och år) TS-halt (% av våtvikt) Biogasproduktion (m 3 metan/ ton våtvikt Råvarubehov (ton/gwh) Jordärtskocka 2) Majs Potatis Sockerbeta 3) Vall Vetekärna 5, Nötflytgödsel Svinflytgödsel Matavfall från hushåll Flottyrfett Animaliska slaktrester Arealbehov (Ha/GWh) Källa: JTI - Institutet för jordbruks- och miljöteknik Källa: JTI - Institutet för jordbruks- och miljöteknik 1) Skördemängderna gäller odling i Mälardalen 2) Uppgift om skörd gäller stjälken, se JTI-rapport nr 97 3) Skördemängderna gäller odling i Skåne (det odlas inga sockerbetor i Mälardalen) TS Torrsubstanshalten (TS) anger ett materials innehåll av kvarvarande föreningar då vatteninnehållet indunstats vid 105 C. Material med hög TS-halt (>10-15 %) behöver ofta spädas för att fungera i mottagningssystem, pumpar och omrörare medan material med låg TS-halt kan användas för att späda tjockare substrat. 7

9 5.4 Gasanvändning och uppvärmning Biogas kan användas för produktion av kraftvärme, det vill säga där både el och värme genereras i samma anläggning. Cirka procent av energin i bränslet kan utvinnas som el medan resten blir värme. Gasmotorer som till exempel ottomotorn och dieselmotorn lämpar sig väl för småskaliga kraftvärmeanläggningar. (källa Den el och värme som produceras vid förbränningen brukas i första hand för internt bruk. Värmen kan exempelvis nyttjas för uppvärmning/kylning av de egna lokalerna och kontor samt för stabilisering av temperaturen i rötkammare. En uppgraderingsanläggning där rågasen renas från bl.a. koldioxid och vatten till en metanhalt av 95 % gör det möjligt att få lågtryckt gas av fordonskvalitet. Cirkapriset på en sådan anläggning börjar vid ca 3,5 MSEK och uppåt. (källa: Jonas Andersen Götene Gårdsgas) 6. Inventering av Biogassubstrat Förstudien har endast haft för avsikt att undersöka befintliga slaktavfallsrester och dess potential för biogasproduktionen. Inhämtade uppgifter från Siv Sundström, miljöinspektör Kramfors kommun visar dock att tillgången på ytterligare förrötningsbara substrat i närområdet är så stora att de bör beaktas. Inom kommunen finns även exempelvis Polarbröd, ridskola, Dannero Travbana, BOX destilleri och lantbrukare som producerar förrötningsbara substrat av intresse. Tabell 1 på nästa sida visar en inventering där producenter av potentiella substrat har listats för att få en uppfattning om hur mycket teoretisk energi som skulle kunna produceras i en Samrötningsanläggning där man blandar de olika substraten. Det visar sig att det inom Kramfors kommun finns en del intressenter som visar intresse för en framtida samrötningsanläggning. 8

10 Tabell 1: Översiktlig inventering av kringliggande tänkbara råvaruleverantörer och potentiell energiframställning/år Substrat Producent Mängd (ton/år) TS-Halt (%) MWh/ton TS * Energimängd/år (MWh/år) Spillblod Jakobssons Slakteri AB 72, ,10 37,128 Slaktrester Jakobssons Slakteri AB ,53 50,832 mag/tarminnehåll Gödsel flyt från häst Ridskolan Kramfors ** 10,8 Gödsel flyt från häst Dannero Travbana ** 38,4 Gödsel fast från häst Ridskolan Kramfors ,33 139,65 Gödsel fast från häst Dannero Travbana ,33 299,25 Drank BOX destilleri AB 331,2 5 2,96 49,02 Bollstabruk Tvättvatten med Polarbröd AB ,98 178,8 brödrester från bageri Nordingrå Degrester Polarbröd AB ,55 170,85 Nordingrå Svinflytgödsel Mattias Tjernström, , Svinbonde, Prästmon Nötflygödsel Aspbygård, Lars , ,1 Fredriksson Nötflytgödsel Närliggande gårdar ,67 450,9 Totalt (Ton/år) Total Energimängd (MWh/år) ,73 1 ) Uppgift hämtad från Siv Sundström miljöinspektör Kramfors kommun 2 ) Uppgift från Maria Wennberg, snitt 40 nötdjur/vecka, 35liter blod i varje djur. 10% av slaktavfallet måste gå till destruktion (skallar, gångben mm.) resten av avfallet är mag/tarm innehåll. Totalt produceras ca 100ton slaktavfall/år. 90% av detta skulle kunna rötas, d.v.s. 90 ton. *)Substratlista Källa: **) Bedömd siffra utifrån andra substrat i listan Räkneexempel Drank BOX-destilleri AB: 331,2ton/år x 5 % TS (torrsubstans) x 2,96MWh/ton TS => 331,2x0,05x2,96= 49,02MWh/år 9

11 Figur 4: Karta över de olika potentiella substraten för samrötning Mattias Tjernström, Svinbonde Prästmon 2. Aspbygård, Nötdjur 3. Dannero Travbana 4. BOX Destilleri AB, Bollstabruk 5. Jakobssons Slakteri AB, Nyland 6. Kramfors Ridklubb 7. Polarbröd AB, Nordingrå 10

12 7. Fakta Jakobssons Slakteri AB Figur 5: Karta över Jakobssons Slakteri AB belägen på Rossö, (källa: Eniro och Google earth) Fastighetsbeteckning: Rossö 25:44 Adress: Rossö Nyland Fastighetens uppvärmning består i dag av: Direktverkande elektricitet Kylanläggningar drivs idag av: Elektricitet Fastighetens totala energiförbrukning: kwh => kostnad ca kr (92öre/kWh) Varav för uppvärmning: ca 10% d.v.s ,8 kwh => kostnad ca 9 000kr (92öre/kWh) Varav för avkylning: ca 90% d.v.s ,2 kwh => kostnad ca kr (92öre/kWh) 11

13 Figur 6: Slakteri med personalutrymme och kylanläggning. kylanläggning Jakobssons Slakteri AB har en produktion i snitt på ca 40 djur i veckan vilket leder till ca 100 ton slaktavfall som idag transporteras till Kristinehamn för destruktion. Kostnaden för deponi är ca 2,3kr/kg och transportkostnaden för detta är mellan 60öre och 1kr/kg. (källa: Maria Wennberg Jakobssons slakteri AB). 90% av detta slaktavfall skulle kunna rötas i en Biogasanläggning istället vilket skulle minska kostnader för transport och deponi och dessutom producera energi. 10% av slaktavfallet måste ändå deponeras (skallar, gångben mm.) Exempel- kostnader för deponi och transport kg x 2,3kr/kg kg x 0,8 kr/kg = kr/år Det är alltså betydande summor varje år som går till att deponera slaktavfallet. Teoretiskt sett skulle 90% av denna kostnad kunna minskas varje år, d.v.s kr. Om man dessutom skulle kunna driva kylanläggning och uppvärmning med energi från en biogasanläggning skulle Jakobssons Slakteri AB teoretiskt sett kunna spara ytterligare kr/år (samtliga uträkningar baseras på ett energipris om 92öre/kWh). 12

14 7.1 Biogaspotential hos Jakobssons Slakteri AB Inventeringen av förrötningsbara tillgångar hos Jakobssons Slakteri AB visar att det finns en mängd restprodukter som idag deponeras. Istället för att deponera dessa skulle man kunna utvinna betydande mängd biogas. Företaget har också ett stort intresse av att kunna värma/kyla lokaler med klimatsmart energi. Dock är samrötning tillsammans med andra substrat att föredra då enbart slaktavfall i en rötkammare ofta ställer till problem. För mycket fett och protein har den påtagliga effekten att det kan stelna och fastna i mottagningstankar, omrörare mm. Fettsyror kan också ansamlas som kan leda till ett ph-fall vilket inte är bra då en biogasprocess fungerar bäst vid en neutralt ph 7. Vid samrötning är emellertid fett och proteinrika substrat mycket bra att blanda in tillsammans med kolhydratrika substrat, då fås det bästa metanutbytet. Figur 7: Potentiella ton substrat från Jakobssons Slakteri AB per år 100 Förrötningsbara tillgångar Jakobssons Slakteri AB Potentiella Ton/år Spillblod Jakobssons Slakteri AB; 72,8 Slaktrester mag/tarminnehåll Jakobssons Slakteri AB;

15 Figur 8: Teoretisk potential för energiproduktion av totala förrötningsbara tillgångar inom Jakobssons Slakteri AB Teoretisk energiproduktion årligen (MWh/år) Teoretiskt Energiproduktion med Biogasanläggning Jakobssons Slakteri AB Spillblod Jakobssons Slakteri AB; 37,128 Slaktrester mag/tarminnehåll Jakobssons Slakteri AB; 50,832 Totala mängden substrat ton/år och energiproduktion/år från Jakobssons Slakteri AB: 162,8 ton/år => Totalt en teoretisk energiproduktion av 87,96 MWh/år Den totala mängden potentiell energi från slakteriet är betydande. 7.2 Egen Biogasanläggning Jakobssons Slakteri AB Enligt uppgift från Götene Gårdsgas krävs ca m3 substrat per år för att det skall vara ekonomiskt försvarbart att investera i en biogasanläggning för kraftvärmeproduktion. Denna mängd substrat har inte Jakobssons Slakteri AB tillgängligt för tillfället. Dessutom är det som tidigare nämnt i rapporten inte rekommenderat att röta enbart slakteriavfall i en biogasanläggning. Men man bör beakta ett samgående med andra intressenter i närområdet och på så sätt skapa förutsättningar för en biogasanläggning. 8 Andra potentiella substrat i närområde Det finns en helt klart potential för en samrötningsanläggning då det finns olika producenter av potentiella substrat för en Biogasanläggning i närområdet. Nedan visas den inventering av förrötningsbara tillgångar i närområdet som gjorts i förstudien. Inventeringen visar på att det finns betydande kvantiteter av olika substrat som med fördel skulle kunna rötas i en samrötningsbiogasanläggning. 14

16 Figur 9: Potentiella substrat och mängd per år Potentiella substrat (ton/år) Gödsel flyt från häst Ridskolan 90 Gödsel fast från häst Ridskolan 350 Gödsel flyt från häst Dannero Travbana 320 Gödsel fast från häst Dannero Travbana 750 Drank BOX Destilleri AB 331,2 Tvättvatten med brödrester från bageri Polarbröd AB 0 Förrötningsbara substrat i närområde Degrester Polarbröd AB 100 Svinflytgödsel Mattias Tjernström 2500 Nötflytgödsel Aspbygård 7000 Nötflytgödsel närliggande gårdar

17 Figur 10: Teoretisk potential för energiproduktion av totala förrötningsbara tillgångar inom närområdet Teoretisk energiproduktion från samrötning av substrat i närområde Teoretisk energiproduktion årligen (MWh/år) Gödsel flyt från häst Ridskolan 10,8 Gödsel fast från häst Ridskolan 139,65 Gödsel flyt från häst Dannero Travbana 38,4 Gödsel fast från häst Dannero Travbana 299,25 Drank BOX Destilleri AB 49,02 Tvättvatten med brödrester från bageri Polarbröd AB ,8 Degrester Polarbröd AB 170,85 Svinflytgödsel Mattias Tjernström 416 Nötflytgödsel Aspbygård 1052,1 Nötflytgödsel närliggande gårdar 450,9 Totala mängden substrat ton/år och energiproduktion/år från närliggande producenter 15641,2 ton/år => Totalt en teoretisk energiproduktion av 2805,77 MWh/år Den totala mängden potentiell energi från olika producenter är i närområdet är mycket stor. 16

18 9 Enkel kalkyl potentiell Samrötningsreaktor 9.1 Totala mängden substrat och potentiell energiproduktion De totala förrötningsbara tillgångarna uppgår till: ton/år av olika Biogassubstrat => teoretisk energiproduktion av 2893,73 MWh/år 9.2 Exempel på uträkning av volym på reaktorn En enkel tumregel för att dimensionera en traditionell reaktor säger att man bör bygga en reaktor som rymmer minst 20 dagars substratmängd och ca20% extra utrymme som kan samla upp biogas i toppen av reaktorn. (15804 ton/år/365dagar x 20 dagar) x1,2 => 1039 ton skall reaktorn rymma. Eftersom att vi har olika substrat med olika densitet så antar vi här att densiteten är 1000kg/m 3 för enkelhetens skull och för att större delen av den totala volymen har en densitet nära det antagna värdet. Samrötningsanläggningen skulle behöva rymma ca 1000m Investeringsbehov Utifrån uppgifter från Götene gårdsgas varierar investeringsbehovet kraftigt beroende på storlek på anläggningen för kraftvärmeproduktion. Små anläggningar har en högre kostnad per producerad kubikmeter gas jämfört med en större anläggning. Detta beror på att i en mindre anläggning behövs samma slags utrustning och styrning, endast dimension skiljer på ingående detaljer. 9.4 Samrötningsanläggning - Investering Jonas Andersen, projektingenjör på Götene gårdsgas har angivit cirkapriser på en komplett biogasanläggning inklusive kraftvärmeverk. De levererar anläggningar i storlekarna 380, 500, 660, 1320 och 1980m 3 rötkammarvolym. Cirkapriser per aktiv rötkammarvolym, alltså den volym utan de 20% extra som gasen lagras i, Se exempel 9.2 Exempel på uträkning av volym på reaktorn 660m 3 => 4,4MSEK 1320m 3 => 6,2MSEK 1980m 3 => 7,9MSEK 17

19 Samrötningsanläggningen som är aktuell i detta arbete skulle ha en aktiv rötkammarvolym av: 15804ton/år/365 dagar x 20dagar => 866 ton => 866m 3 (densitet på 1000kg/m 3 ) I detta fall skulle vi alltså behöva gå upp till en 1320m 3 biogasanläggning som har ett cirkapris av 6,2MSEK komplett med kraftvärmeverk. Vid dimensionering av aktiv rötkammarvolym för en specifik anläggning bör man beakta framtida möjligheter att mottaga mer substrat än vad som är tanken vid investeringstillfället. I takt med att fler och fler får upp ögonen för Biogas så kommer fler vilja vara delaktiga i denna teknik. Det kan då vara bra att ha plats för mer substrat i rötkammaren än vad som finns tillgängligt när anläggningen byggs. Ur miljösynpunkt vinner alla på att istället för att deponera avfallet göra miljösmart energi i en biogasanläggning. Detta medför minskade volymer på avfall som deponeras och därmed minskar utgifterna för detta. Om ekonomin tillåter finns även möjlighet att investera i en uppgraderingsanläggning för att framställa fordonsgas av rågasen. Enligt uppgift av Jonas Andersen, Götene gårdsgas har en sådan anläggning ett pris av ca 3,5MSEK. Då kan man köra sina fordon utan att bidra till växthuseffekten. Lantbrukare och andra företagare på landsbygden som investerar i produktion eller förädling av biogas kan få upp till 30 % i investeringsstöd. I norra Sverige kan investeringsstödet i vissa fall uppgå till hela 50 %. Vad som gäller för att få detta stöd skiljer sig i varje specifikt fall. Jordbruksverket och länsstyrelsen har hand om dessa investeringsstöd. (källa: Den totala investeringskostnaden för samrötningsanläggningen skulle bli ca 6,2MSEK. Med det statliga investeringsstödet om 30% skulle kostnaden för anläggningsägaren uppgå till ca 4,34MSEK (kalkyler baserar sig på inhämtade uppgifter från Götene gårdsgas). 18

20 10. Källförteckning Jakobssons Slakteri AB, Maria Wennberg Substratlista: Götene Gårdsgas, Jonas Andersen Projektingenjör Siv Sundström miljöinspektör Kramfors kommun BOX Destilleri AB, Thomas Larsson Polarbröd AB, Carl Gustaf Nordin Mattias Tjernström Svinbonde Prästmon Aspbygård, Thomas Asplund 19