Småskalig uppgradering och förädling av biogas. Resultat (Teknik, ekonomi, och referensanläggningar)

Transkript

1 Småskalig uppgradering och förädling av biogas Bakgrund Resultat (Teknik, ekonomi, och referensanläggningar) Diskussion 1 Om man accepterar en lägre metanhalt i rengasen? Diskussion 2 Vilka är de största hindren till småskalig uppgradering av biogas?

2 Småskalig uppgradering och förädling av biogas Översikt bakgrund och resultat Projektbakgrund Gårdsproduktion av biogas Uppgraderingsteknik Ekonomi Teknik Användning av gasen Ekonomi MIljö Referensanläggningar Leverantör (Q biogas 100 Nm 3 /h)

3 Bakgrund Många län i Sverige har ett energimål för år 2030: att bli oberoende av fossilt bränsle för energiproduktion Energimyndigheten har bedömt att 0,7 TWh biogas kan produceras från stallgödseln i landet 45 av Sveriges 53 uppgraderingsanläggningar >100 Nm 3 /h Syfte Bidra till biogasutvecklingen genom att undersöka vilka tekniker som är tillgängliga och vilka som är under utveckling. Projektet ägs av Agroväst och Energigården och finansieras av Stiftelsen Lantbruksforskning, Västra Götalands Region och Jordbruksveket

4 Gårdsanläggningar - Sverige Län Anläggning Kommun GWh/år) Län Anläggning Kommun GWh/år) Södermanland Eriksberg Katrineholm 27 Jämtland Yttergärde Lantbruk Berg Kalmar Odensviholm Västervik 5 Jämtland Öknaskolan Östersund 0,5 Östergötland Rejmyra Finspång Gotland Lövsta skolan Gotland 0,5 Örebro Frötorp Lantbruk Örebro 1 Halland Plönninge Halmstad 0,5 Jönköpings Sävsjö Biogas Sävsjö 15 Västernorrland Näfsta Gård Selånger 1 VGötaland Högryds Lantbruk Ulricehamn 1,9 Gävleborg Ulf Andersson Färila Färila, Ljusdal VGötaland Dan Waldemarsson Habo 0,5 Blekinge Svensta gård Blekinge Blekinge VGötaland Horshaga lantbruk Vara 1,5 Skåne Kvidinge, Klippan Klippan VGötaland Brunnsbo Kungsgård Skara 0,8 Skåne Norups Gård östra göinge 1 VGötaland Högebo Kinnekulle 1 Skåne Håkan Bengtsson, Knislinge Östra göinge VGötaland Sötåsen Töreboda 0,8 Skåne Wanås gods Östra göinge 1,5 VGötaland Svenstorps Götene 0,8 Skåne Biogas Färs Sjöbo 20 VGötaland Vikens gård Falköping Falköping 1,6 Skåne Hagavik Malmö 1,3 VGötaland Bergs Suggpol Brålanda 1 Skåne Wrams Gunnarstorp Bjuv SR (6 kto VGötaland Hällingsbo Lerum 0,3 Skåne Anderslöv Trelleborg Norrbotten Alviksgården Luleå 9,3 Skåne Skea Gård, Hässleholm Hässleholm 0,9 Värmland Emil Johansson Säffle Energimyndigheten bedömer, i ett förslag till en nationell biogasstrategi, att potentialen för biogasproduktion från stallgödsel är 0,7 TWh/år

5 Litteratur Mer biogas! - Realisering av jordbruksrelaterad biogas, Roth et al. (2010) Biogasdrivna Dual Fuel-traktorer i lantbruk, entreprenad och kommuner - en förstudie, Christensson et al. (2010) Biogas upgrading technologies developments and innovations, Petersson & Wellinger, (2009) Distributionsformer för biogas och naturgas i Sverige, Benjaminsson et al. (2009)

6 Litteratur (Roth et al ) (Urban et al. 2008) Roth, L, Johansson, N. Benjaminson J. Mera Biogas. Grontmij (2010) Urban, W. Lohmann, H. Technologien und Kosten der biogasaufbereiung und einspeisung in das Erdgasnetz. Ergebnisse der markterheung (2008)

7 Gårdsproduktion av biogas

8 Gaskomposition Biogas 1 Deponi 1 Naturgas 1 Fordons-bränsle 2 CH 4 (vol %) Övriga kolväten (vol %) 0 0 9,4 H 2 (vol %) CO 2 (vol %) ,7 <5 N 2 (vol %) 0, ,7 (<1 % O 2 ) O 2 (vol %) H 2 S ppm ,9 <23 NH 3 ppm Biogas upgrading technologies developments and innovations, Pettersson and Wellinger (2010) 2 Swedish Standard, SS

9 Systemparametrar Rågas CH 4 vol % 62 CO 2 vol % 32 N 2 vol % 1 O 2 vol % 0 H 2 O vol % 5 (mättnad) H 2 S vol % 0,1 NH 3 vol % 0,05 Q biogas = Nm 3 /h Temperatur = 35 0 C Rengas CH 4 vol % 97.5 CO 2 vol % N 2 vol % 0-1 O 2 vol % 0 H 2 O vol % 0 (dp 5 0 C 4 bar) H 2 S vol % <0.002 NH 3 vol % <0,002

10 Avsvavling Järnkloriddosering Adsorption Absorption Biologisk

11 Torkning Komprimering kylning Absorption Adsorption

12 Metanhöjning

13 Absorption för biogasuppgradering CO 2 är mer lösligt än CH 4 i vissa medel (t.ex. vatten)

14 Biorega Plönninge 17 Nm 3 /h, Nynäsgård 22 Nm 3 /h Källa: Katrineholm , presentation given by Peter Karlsson

15 Metener Satsvis process där metan avskiljning och komprimering sker samtidigt Nm 3 rågas Ref: Kalmari, Finland,40 Nm 3 /h

16 Greenlane Källa: Katrineholm , presentation given by Morgon Jansson, Greenlane Katrineholm 80 Nm 3 /h, Motala 80 Nm 3 /h

17 Biosling Biosling produktblad Ref: Alviksgården

18 Adsorption för biogasuppgradering Vissa material har större affinity för CO 2 än CH 4 Adsorbent m/ stor ytarea Packadbädd Amount adsorbed mol/kg

19 Molecular gate Minsta system designat för 120 Nm3/h

20 Xebec Ref Eugendorf/Salzburg 40 Nm 3 /h

21 Membran för biogasuppgradering En barriär som CO 2 går fortare genom än CH 4 CH 4 CO 2 CO 2 Gas Kinetic Diameter (Å) CO O H 2 S 3.6 N CH Energi E s (J mol -1 ) Källa:

22 DMT Källa:

23 Axiom and TU Wien Ref Margarethen, 70 Nm3/h Källa: Miltner et al. Chem Eng Trans, (2009)

24 Air Liquide Ref SYDEME de Forbach 100 Nm 3 /h

25 MemfoACT Biogas Membrane stage Källa: Presentation, NGV 2011, 7-9 June 2011, Berlin Product gas pilot-project (50 Nm3/h). Compressor Permeate

26 Kryogenisk uppgradering CH 4 har ett högre ångtryck än CO 2 Temperature 0 C Ref project: Sundsvall Cryo, 70 Nm 3 /hr Phase diagram från GtS scandinavia ppt

27 Jämförelse av tekniker VS CA PSA M Cry Gaskvalitet Hög Hög* Hög Hög Hög* Verkningsgrad Med Hög Med Low/Med Hög CH 4in /CH 4ut Investering Med Hög Med Med Hög Drift Med Med Med Låg Hög Kompakt X X Lättskött X X

28 Småskalig uppgradering Sverige Anläggning Anläggningsägare Teknik Leverantör Nm 3 /h (rågas) Plönninge Naturbruksgymnasiet PA Bio Rega 10 Nynäsgård Nynäsgård PA Bio Rega 22 Katrineholm Svensk Biogas PA Greenlane 80 Motala Motala kommun PA Greenlane 80 Ulricehamn Ulricehamn Energi PSA GPM väst 20 Sundsvall Tivoliverket Cryo GtS 70 Eslöv Eslöv ARV PA Eslöv ARV 80 Luleå Alviksgården PA Artic Nova

29 Småskalig uppgradering Europa Total i Europa finns det x 41 uppgraderingsanläggningar som är mindre än 100 Nm3/h.

30 Tryckhöjning och tankning Gas comp Fuel maker 6 Nm 3 /h Källe: 10 Nm 3 /h Källe:

31 Tryckhöjning och tankning INGERSOLL 21 Nm 3 /h Källe:

32 Lagring Källa: Katrineholm , presentation given by Peter Karlsson

33 Lagring Katrineholm , presentation given by Richard Zweiler, Gussing Energy Technology

34 Gasproduktionspris Pris (SEK/kWh) 2,40 2,00 1,60 1,20 0,80 0,40 Rågasproduktion 0,3 kr/kwh Ränta 7 % Avskrivning 20 år Bensin/diesel pris 2010 Beskattning 2011* Produktionsstöd på 0,2 kr/kwh inte medräknat Ev. transport kostnad inte med 0, Rågas (Nm 3 /h)

35 Gasproduktionspris 2015 och med produktionsstöd Pris (SEK/kWh) 2,40 2,00 1,60 1,20 0,80 Skattavdrag 0,9 kr/l Diesel produktionskostnad ökning på 1,5 kr/l* 0,40 0, Rågas (Nm 3 /h) *produktionspris har ökat från 1,9 till 5,6 mellan 2001 & 2011

36 Fördelning mellan CHP och uppgradering Uppgradering CHP Anläggningen med ett energi behov på 20 % av produktion Nm3/h Nm3/h

37 Användning av gasen

38 Biogas to liquids (BTL) CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 (Syngas produktion SMR, ATR eller POX) nco + (2n+1)H 2 CnH 2n+2 + nh 2 O (Fischer Tropsch) Syntesdiesel 2H 2 + CO CH 3 OH (Metanol syntes ) 2CH 3 OH CH 3 OCH 3 + H 2 O (Metanol dehydrering ) DME CO + H 2 O CO 2 + H 2 (Vatten-gas shift) FT och DME från biogas är ännu under utveckling

39 Fordon källa: Thor Anderson, Lantmännen Maskin AB

40 Transport med lastbil Komprimerad biogas: lastväxlarflak Normalt 1 flak, Nm 3, till tankstation 200 bar, farligt gods ( SFS 1982:821) Transport 100 km: 0,22 kr / kwh biogas (10 GWh, Benjaminsson et al.) Att fundera på Hur många hämtningar per vecka? Avsättning i tankstationerna för den hämtade biogasen Tid för att fylla ett lastväxelflak? Hämtning ofta förutsätter att chaufförerna kan sköta tankning själva Framkomligheten för lastbilar vid gården/uppgraderingen/tankstället? Flexibilitet

41 Injicering i nätet Stamledning 70 bar Avgrening 4 & 30 bar Förutsättningar Produktion ska vara nära nätet Gasen ska vara av rätt standard (Propantillsats, odorisering, komprimering) Resultat från Benjaminsson et al. 0,22 kr / kwh 10 GWh / år, 100 km Att fundera på Rörläggning? Anslutning?

42 Tillstånd Miljökonsekvensbeskrivning Bygglov Tillstånd att lagra brandfarlig gas Besiktning (EGN 2009) PBL, LBE & MB Processen kan kosta up till 0,5 MSEK!

43 Referensanläggningar

44 Referensanläggningar Pucking Österrike Rågas flöde 10 Nm 3 /h Uppgradering PSA Injicering i nätet 400 MWh Värme 40 MWh El 60 MWh New Developments in Biogas Upgrading (in Austria)

45 Referensanläggningar Plönninge Sverige Rågas flöde 17 Nm 3 /h Uppgradering Vattenskrubber Fordonsbränsle Värme El

46 Referensanläggningar Erkki Kalmari, Laukaa, Finland Rågas flöde 40 Nm 3 /h Uppgradering Vatten Skrubber Gas (Fordon) 1000 MWh Värme 261 MWh El 42 MWh Källa:

47 Referensanläggningar Margarethen, Österrike Rågas flöde 70 Nm 3 /h (250 total) Uppgradering Membran Gas (Fordon) 2,6 GWh Värme 3,9 GWh El 4,2 GWh Källa:

48 Leverantörer Småskalig uppgradering av biogas Biorega Biosling Metener Greenlane DMT TUW/ Axiom Air Liquide Molecular gate Xebec Cirmac Carbotech MemfoAct

49 Slutsatser Småskalig uppgradering och förädling av biogas Det finns tekniker som är tillgänglig idag och som passar bra för småskalig uppgradering av biogas Ekonomin begränsar uppgradering till Q biogas 30 Nm 3 /h Årlig kostnad 0,6 kr/kwh Produktionsstödet och bränsleprisutveckling kan vara avgörande Investeringen bedöms vara ca 4 MSEK Genom att kombinera kraft, värme och uppgradering kan en gård få optimal användning av sin biogas Det är viktigt med eget intresse

50 Diskussion 1 Fördelar och nackdelar med en lägre metanhalt i fordonsgas? Utrustningens storlek Investering och driftskostnad Tryckhöjning Energiinnehåll i gasen

51 Diskussion 2 Vilka är de största hindren? Intresse och kompetens (Underhåll, anbudsförfrågning) Lagar Infrastruktur för gasdistribution Prisutveckling Investeringsstöd Leverantörer