Marin substratodling för biogas - och ett renare hav

Transkript

1 Marin substratodling för biogas - och ett renare hav En förstudie finansierad av Energimyndigheten Marin Biogas AB Augusti 2013 Olle Stenberg, Marin Biogas AB Fredrik Norén, IVL Svenska Miljöinstitutet AB Peter Berglund Odhner, Grontmij AB

2 Innehåll SAMMANFATTNING INLEDNING Bakgrund Syfte Mål med förstudien BIOLOGI OCH BIOGASPOTENTIAL Ascidier Biologi Odlingsförutsättningar Odlingsteknik Biomassaproduktion Kväveupptag Biogasproduktion Risker med odling Miljögifter Övriga Marina Substrat Makroalger Musslor Avfall från fiskindustri Övrigt Forsknings- och utvecklingsbehov RENINGSEFFEKT RÖTNING Rötningskapacitet Tillgänglig kapacitet Investering i ny anläggning TILLGÄNGLIGA ODLINGSPLATSER Logistiklösning Användning av rötrester ABP-förordningen KOSTNADSKALKYLER Utsättning odlingsutrustning Skörd Transport Rötning och uppgradering Distribution av rötrester Kostnadskalkyl för odling och skörd TILLSTÅND INTÄKTER OCH KOSTNADER FÖR STORSKALIG PRODUKTION Gas Kväverening DEMONSTRATIONSPROJEKT Storlek på odling Lokalisering av odling för demonstrationsprojekt

3 9.3 Upplägg för referenssystem Odling och skörd Biogasproduktion Användning av rötrester Utveckling inom demonstrationsprojekt Kostnader för ett demonstrationsprojekt

4 Sammanfattning Denna förstudie belyser möjligheterna att använda odling av marint substrat, Ciona Intestinalis (sv. sjöpung ) i syfte att öka produktionen av förnyelsebar energi i form av biogas. Rapporten är fokuserad på Västkusten motiverat av att Ciona intestinalis är naturligt förekommande i detta område. Av studien framgår att storskalig odling av Ciona intestinalis på ett signifikant sätt kan bidra till nyproduktion av biogas utan att konkurrera med landbaserad odling av livsmedel. Potentialen för odling nära kust, inomskärs är i nivån 1,9 TWh/år. Uppskalning av tekniken till att även odla utomskärs kommer att kräva viss teknologiutveckling, men har potentiellt mångdubbelt större potential. Betydande miljövinster uppnås genom att konceptet även innebär en kraftfull rening av havet från närsalter. Genom metoden tas näringsämnen upp ur havet och återfinns i rötresterna som kan användas som gödsel. Detta ger en mycket stor positiv miljöpåverkan. Viss marginell negativ miljöeffekt kan uppstå lokalt under odlingar, men är genom ett växelbruksförfarande relativt lätt hanterbart. I rapporten återfinns en analys av eventuell anlagring av miljögifter i biomassan. Studierna visar ej på någon problematisk anlagring av miljögifter, endast en viss förhöjd vanadinhalt. I rapporten beskrivs tillgängliga rötningsanläggningar i Västsverige, samt även exempel på substrat från andra marina källor. I en separat rapport återfinns en mindre utredning av Vinge advokatbyrå angående tillståndsfrågor. Det kan konstateras att regelverket styrs av flera olika lagar och förordningar vilket pekar på behovet av att få en sammanhållen hantering av vattenbruksfrågor från tillståndsgivande myndigheter. Rapporten beskriver förutsättningar för odling och skörd av Ciona intestinalis, uppmätta produktionsdata som används för potentialberäkningar. Under förstudien har kontakter etablerats med ett projekt i Norge som arbetar med ascidieodling. Med dagens energipriser och utan subventioner kan lönsamhet uppnås för odling och rötning i stor skala. Om rötningen kan genomföras i en befintlig rötningsanläggning kan positivt resultat förväntas vid en produktion som överstiger10 GWh/år. Om även investering i en ny rötningsanläggning inkluderas i kalkylen hamnar break-even på ca 35 GWh/år. I det norska initiativet indikerar man betydligt högre produktionskapaciteter än de som uppmätts av Marin Biogas på svenska västkusten. Kan dessa värden uppnås kommer produktionskapaciteten upp till 10 gånger. För beräkning av gaspotential används utrötningsförsök som har givit 300 Nm3/ton VS. Teoretiska beräkningar pekar på en potential om maximalt 500 Nm3/ton VS. Dessa rapporterade höga produktionsdata har inte tagits in i de ekonomiska kalkylerna. Högre produktionskapacitet och utrötningsgrad utgör betydande potential för en ökning av produktion och förbättrad lönsamhet. 4

5 Om konceptet kan inkluderas som en godkänd åtgärd i Naturvårdsverkets föreslagna certifikatssystem för kväverening, förbättras lönsamheten avsevärt. En indikativ beräkning med antaget certifikatspris ger att systemet skulle uppvisa positivt resultat redan vid en produktion om 10 GWh/år inklusive investering i en ny rötningsanläggning. För att utveckla konceptet i full skala rekommenderas en demonstrationsodling över flera odlingscykler. Rapporten ger förslag på lämplig utformning av ett sådant projekt. 5

6 1 Inledning Denna förstudie har sammanställts av Marin Biogas AB i samarbete med IVL, Grontmij AB, Scanfjord AB. I studien har ingått diskussioner med flera aktörer och intressenter såsom företrädare för avloppsreningsverk, biogasanläggningar, musselodlare, energibolag tillståndsmyndigheter, miljöjurister m.fl. Studien har fokuserats på Västsverige och har utförts under Förstudien är tänkt som ett första steg inför att genomföra ett demonstrationsprojekt för att öka tillgången på biomassa för produktion av biogas och samtidigt åstadkomma betydande reningseffekter i den marina miljön. Ökningen av tillgången biomassa är tänkt att ske genom odling av ascidien Ciona intestinalis ( sjöpung ), som har visat sig kunna generera stora mängder biomassa. I studien tas även upp andra källor till biomassa från den marina miljön. Avfall från fiskberedning används redan idag som substrat för rötning till biogas. Andra ännu ej använda källor såsom alger, musslor tas också upp i studien. Studien är delfinansierad av Energimyndigheten 1.1Bakgrund I Sverige skall användningen av förnybara biodrivmedel fördubblas från år 2007 till 7 TWh år I förnybarhetsdirektivet (2009/28/EG) finns ett mål på 10 procent förnybar energi i transportsektorn till år Det finns således klara ambitioner att öka produktionen av biogas. Detta utgör en viktig pusselbit för att klara ambitionerna att öka andelen av förnyelsebar energi i såväl svenska som EU. Detta medför att behovet av biomassa ökar, varvid olika nya alternativa substratkällor är önskvärda. Samtidigt som behovet av biomassa ökar, har konflikten mellan odling av livsmedel kontra odling av energigrödor uppmärksammats. EU kommer att införa begränsningar i den tillåtna odlingsarealen som upplåts åt energigrödor. Enligt det nya CAP-direktivet kan odling av energigrödor begränsas till maximalt 5 % av gårdens odlingsareal. Trenden för energipriser har varit stigande under flera år med reservation för den senaste tidens sänkning tack vara billig amerikansk gas. I flera länder har subventionering av biogasproduktion införts för att gynna omställningen till förnyelsebara energikällor, som exempel kan nämnas Danmark som har ett produktionsstöd upp till 1,1 Dkr/kWh biogas. Denna trend ger helt nya möjligheter att få ekonomi i bioenergiprojekt på samma sätt som inom vindkraften. Intresset för marin energiproduktion från europeiskt håll syns i informationstexten kring Horizon 2020 och dess Blue Growth: Assessing the options for giving industry the confidence to invest in ocean renewable energy, taking into account the framework provided by the Strategic Energy Technology Plan, the aim being to address ocean renewable energy issues in a Communication in På regional nivå har Västra Götalands regionen nu ute en utlysning inom Hållbar energi med ett undertema om Marin Energi och målet att marin energi kan bli framtidens fartygsbränsle. 6

7 Trenderna för biogas/metangas som fordonsbränsle är starkt i favör till en ökning. I skrivande stund ( ) rapporteras det att EU har beslutat att sänka utsläppsgränsen av CO2 för bilar till 95 g/km från Inom sjöfarten råder samma trend baserad på utsläpp av svavel och kväveoxider. Dock har vi svårt att se att den trenden gynnar biogas som är dyrare än naturgas och inte erhåller skattefördelar på fartygsbränsle på samma sätt som övrigt fordonsbränsle. Mot denna bakgrund är det naturligt att utvärdera vilka möjligheter som den marina miljön har att producera biomassa på ett konkurrenskraftigt och ur ekologisk synpunkt acceptabelt sätt. Att utnyttja havet för andra nyttigheter än att producera livsmedel är historiskt sett inget nytt. Exempelvis skördades tång för gödsling av åkrar och under sillperioderna i Bohuslän framställdes tran från sill, för belysningsändamål mm. Tidigare projekt inom marin bioenergi innefattar bland annat odling av blåmusslor (projektet Miljömusslan) samt mikro- och makroalger vilka alla helt eller delvis har drivits som forskningsprojekt. Det senaste tillskottet inom marin bioenergi handlar om storskalig odling av ascidier i havet och drivs av Marin Biogas AB vilket därmed är Sveriges enda företag inom marin bioenergi. Sedan 70-talet har en metod för att odla musslor framgångsrikt utvecklats på Västkusten. Blåmusslor visar sig vara mycket lämpliga för odling i industriell skala och produceras främst för livsmedelsändamål. Försök har gjorts att producera biogas ur musslor, men det har inte slagit igenom på grund av två orsaker. Dels gör blåmusslornas skal att de är mindre lämpade för konventionell rötning till biogas, och dels är biomasseproduktionen relativt sett ganska låg. Ett alternativ som denna förstudie fokuserar på är ett likartat ryggradslöst djur, Ciona intestinalis ( sv. sjöpung ), som visar sig betydligt mer lämpad för en storskalig produktion av biomassa. Denna ascidie växer naturligt i salta vatten och har en stor förmåga att bygga upp biomassa och har inte heller blåmusslans hårda skal. Den kan med fördel odlas med samma teknik som den etablerade musselodlingen, och inledande kalkyler visar att det finns möjlighet att skapa betydande mängder biomassa genom denna teknologi. Genom sitt sätt att skapa biomassa samlar ascidierna även upp växtnäringsämnen ur havet. När de sedan skördas innebär det att man samtidigt avlägsnar näringsämnen ur havet, dvs man åstadkommer en reningseffekt på framför allt fosfor och kväve. Dessa näringsämnen kommer efter rötningsprocessen att i huvudsak återfinnas i rötresterna, som kan återföras som gödsel till jordbruket. Genom detta kretslopp erhåller vi således: Förnyelsebar energi Rening av havet från fr.a. kväve och fosfor Naturligt kväve och fosfor till gödsel Detta är möjligt att genomföra utan att behöva ta någon odlingsbar landyta i anspråk. Vidare innebär den sjöbaserade verksamheten att det finns goda möjligheter att hitta bra logistiklösningar. 7

8 Figure 1 Marin biogas konceptet. Redan på sextiotalet började man diskutera att odla alger för att få energi och livsmedel. Flera forskningsdrivna projekt startades runt om i världen men intresset kvarstod inte efter projektens avslut. Under det senaste decenniet har intresset ökat igen för biomarin energiproduktion med ett fokus på odling av mikro- och makroalger. I Sverige har vi haft projektet Miljömusslan som verkat för att lyfta fram blåmusselodlingens ekosystemtjänster i form av billigt kväveupptag. Vi har därefter fått flera projekt som studerar möjligheten till bioenergi från mikro- och makroalger; Kungliga tekniska högskolan (Fredrik Gröndahl m.fl.), Chalmers (Eva Albers m.fl., makroalgsodling), Göteborgs Universitet (makroalgsodling, Nordic Algae Network), Trelleborgs kommun (WAB projektet och Bucephalos som utvinner biogas ur strandtång). Vidare har ett företag Detox AB startat sin verksamhet kring biogas från strandalger. De lade dock ned sin verksamhet i samband med den ekonomiska krisen. Trollhättan energi AB är med i EU/Interreg projektet Implement där en av målsättningarna är att studera användandet av rötade ascidier som gödsel, den delen utförs av IVL (Fredrik Norén). På Chalmers har Ocean Energy Center startat med ett delmål att utveckla makroalgsodling till drivmedel. Aktiviteten är sålunda hög kring marin bioenergi i Sverige. I Norge tilldelades 2013 ett stort forskningspris till de forskare vid Bergen Teknologiska Universitet som vill odla ascidier för etanol-produktion (Christoffer Troedsson m.fl.) och de har nu även erhållit forskningsmedel för att fortsätta studierna av storskalig ascidieodling för 8

9 etanol produktion. Marin Biogas har marknadsmässigt en fördel gentemot det norska projektet, dels för att biogasproduktion ger ett större utbyte av ascidierna och är lättare att inkorporera i befintlig produktion. Dock finns det gemensamma behov som alla dessa projekt och företag behöver; de behöver tillstånd att odla sin biomassa i havet, kunskap om var de bästa odlingsförhållandena finns samt samarbeta kring tekniska lösningar. Projekteten behöver även kunna argumentera för sin sak för att inte produkterna skall klassas som riskavfall enligt ABP förordningen (animaliska biprodukter, EU 1069/2009 samt EU 142/2011) med starkt ökade kostnader som följd. 1.2 Syfte Syftet med projektet är att öka tillgången på biomassa för produktion av biogas och samtidigt åstadkomma betydande reningseffekter i den marina miljön. Den första delen i projektet är denna förstudie, som utförts inför etableringen av ett demonstrationssystem för varaktig odling, skörd och rötning av marin biomassa i större skala. Den marina biomassan består främst av Ciona intestinalis (sjöpung) men även andra biomassor ingår i studien såsom musslor, makroalger mm. 1.3 Mål med förstudien Ökad kunskap om förutsättningarna för o Odling och skörd av marina substrat, framför allt ascidier o Logistiklösningar för att transportera biomassan till biogasanläggning o Biogasproduktion från marina substrat, framför allt sjöpung o Behandling av rötresten för att den skall fungera som gödsel i lantbruket Identifiering av forsknings- och utvecklingsbehov inom ovanstående områden Figur 2 Ascidieskörd i Lysekil. Påväxt av alger syns på övre delen av odlingsbanden 9

10 2 Biologi och biogaspotential 2.1Ascidier Biologi År 1767 beskrev Carl von Linné arten som Ascidia intestinalis, där släktesnamnet visar att den tillhör djurgruppen ascidier och artnamnet intestinalis att den är tarmliknande. Numera är artens vetenskapliga namn Ciona intestinalis och det svenska namnet för organismen är tarmsjöpungar. Arten tillhör djurgruppen urochordata (manteldjur på svenska) vilken har både solitära och kolonibildande arter. Larverna hos urochordaterna har alla karaktärerna som ryggradsdjuren har och främst då förekomst av en ryggsträng. Men ryggsträngen tillbakabildas när larverna bottenfäller och utvecklas till vuxna individer. Lite förenklat kan man säga att ryggsträngen behövs när larverna gör aktiva val kring var den skall sätta sig och bearbeta intryck för detta men efter bottenfällningen behöver den inte tänka mer utan bara filtrera vatten och föröka sig. Som vuxen förvandlas alltså djuret till ett ryggradslöst djur. Arten är mycket välstuderad utifrån ett embryologiskt och fysiologiskt perspektiv då arten kan anses vara ryggradsdjurens äldsta släkting och har varit modelldjur för att studera embryologi och andra fysiologiska processer som är generella även för oss människor. Just embryologisk forskning på ascidieägg genomfördes mycket på Kristinebergs Marina Forskningsstation runt förra sekelskiftet. En mycket läsvärd artikel, för de hågade, om Ciona ekologi är (Carver et al., 2006) där kunskap från ett stort antal ekologiska undersökningar har sammanställts. Figur 3 En tät koloni av Ciona intestinalis. 10

11 Livscykeln hos C. intestinalis karaktäriseras av en snabb tillväxt (~20 mm/månad), tidig könsmognad (8-10 veckor) samt en hög reproduktion (> ägg/individ). Antalet ägg som produceras varje dag har uppmätts från 500 per dygn (C. E. Carver, Chisholm, and Mallet 2003) till ägg var 2-3 dag (Yamaguchi 1975). Könsprodukter produceras från det att vattentemperaturen överstiger 8 C. Det senare är en generalisering då vi har noterat nya individer i akvarier med havsvatten hela året runt, om än i mindre utsträckning under vintern. Arten är hermafrodit men undviker självbefruktning genom att delvis producera ägg och spermier vid olika tidpunkter samt att ägg och spermier från en individ inte anses kunna befrukta varandra. Äggen befruktas i vattnet utanför djuret och larven blir fort fullt utvecklad. Man har visat att ljuset är viktigt för att styra leken och att leken mestadels sker i gryningen, dvs i skiftet mellan en mörk och en ljus period (Lambert and Brandt 1967; Whittingham 1967) Äggen släpps antingen enskilda eller i slemsträngar, det senare antas fylla funktionen att hindra långväga transport och gynna bildandet av lokala kolonier där platsen är gynnsam (Petersen and Svane 1995). Äggen släpps delvis i strängar vilka sjunker i havsvatten och fäster sig vid ytor. Äggen kan leva i upp till 30 timmar. Spermierna kan leva i upp till 16 timmar men livslängden (fortplantningsdugligheten/viabiliteten) kortas till 5 timmar när det finns ägg närvarande. De sparar alltså på sina resurser när det inte finns lämpliga ägg i närheten. Förkortningen i livslängd motsvaras också av en ökad aktivitet. Ciona intestinalis är kolonibildande på så sätt att den ofta växer i täta bestånd där inga andra fastsittande arter får plats. Dessa täta bestånd uppstår p.g.a. larvernas förmåga att hålla sig kvar på samma ställe och att de väljer att bottenfälla intill vuxna individer (Havenhand and Svane 1991). Som ett exempel på detta är att unga individer till och med kan ses sätta sig på individer av föräldragenerationen. C. intestinalis förekommer naturligt från någon meters djup ned till flera hundra meters djup. I svenska vatten produceras två omgångar larver i ytvattnet (0-20 m) men endast en gång per år på djupare vatten. Även livslängden beror på vattentemperaturen så att Ciona intestinalis i ytvatten endast lever i cirka 1 år medan de kan bli minst 2 åriga på djupare vatten (Dybern 1965). Ciona intestinalis är en generalist vad gäller krav på temperatur och salinitet De har rapporterats förekomma i vatten med salinitet från promille samt inom temperaturspannet -1 till +30. Dock är extrema temperaturer stressande för djuren och de överlever därför endast kortare perioder. De förekommer längs hela svenska västkusten och det mest sydliga fyndet är rapporterat från Kullaberg i nordvästra Skåne. Från Kungsbacka och norrut är den rapporterad som vanlig. Den verkar föredra lokaler med måttligt strömmande vatten. De är vanliga på lodräta klippor i Bohuslän på meters djup samt på bryggpålar och kättingar. Ciona intestinalis räknas som inhemsk i nordeuropeiska vatten och Linné beskrev den som vanlig i våra vatten på 1700 talet. I övriga världen har den rapporterats som introducerad, via skeppstrafik, och finns nu i Afrika, Australien, Nya Zeeland, Kina samt både Nord- och Sydamerika. Kort sagt har den spridit sig kraftigt och orsakar stora ekonomiska kostnader, främst för skeppsfart och akvakultur (C. Carver, Mallet, and Vercaemer 2006). 11

12 2.1.2 Odlingsförutsättningar Generellt gäller att Ciona Intestinalis tillväxer bäst i strömmande näringsrika havsvatten, även om bra tillväxt har uppmätts i mer stillastående vatten. Då vuxna individer av Ciona intestinalis har rapporterats vid Kullaberg, men inte söder därom, kan vi anta att det är den sydliga utbredningsgränsen på Svenska västkusten. Djupkraven är modesta och Ciona intestinalis växer bra redan från 1 meters djup i odlingar. I naturen finns de i rika bestånd på mellan 10 och 25 meters djup vilket ungefär stämmer överens med djupet av det planktonrika ytvattnet. Odlingsmöjligheten vad avser djup sträcker sig då mellan 1 och 20 meter. Strömmande vatten är en förutsättning för att föra in planktonrikt vatten i odlingen och man kan anta att det finns ett samband mellan strömhastighet, planktonmängder och tillväxt. Alla svenska mätningar är gjorda i relativt lugna och skyddade vatten med svaga strömmar då det är sådana platser som musselodlare väljer för sina anläggningar. I Norge rapporteras tio gånger så höga biomassor i testodlingar av Ciona intestinalis som i Sverige! (Troedsson pers com) Detta kan, om siffrorna även stämmer i större odlingar, förklaras av högre strömhastighet i de norska odlingarna. I Sverige har vi inte starka tidvattenströmmar vilket hade kunna förhindra en odling. I litteraturen nämns att ascidielarver inte bottenfäller vid strömhastigheter över 3 knop. Djupavståndet mellan odling och botten är inte så viktigt utifrån tillväxt av Ciona intestinalis. Det är dock viktigt för att inte påverka bottenmiljön negativt. Om avståndet är kort mellan odling och botten blir mängderna fekalier större än vad botten klarar av att bryta ned vilket leder till syrebrist och minskad fauna på botten. Detta motverkas av ökad strömhastighet eller större avstånd till botten. Kraven på salthalt anges i litteraturen till 10 men Ciona intestinalis klarar kortare perioder av sötare vatten. Då vattentemperaturen kan anses vara liknande i norra som södra delarna av svenska västkusten finns det ingen anledning att tro att den låga temperaturen hindrar tillväxten. Några fysiska skydd eller liknande behövs inte utifrån ascidiernas behov men exponerade odlingar ställer stora krav på odlingens utformning för att klara fysiska påfrestningar Odlingsteknik Odling av ascidier har hittills skett med sedvanlig teknik för musselodling, dvs long-line tekniken som beskrivs i bild 4. Tekniken har använts sedan 70-talet av svenska odlare med gott resultat och hög produktionssäkerhet och den består i korthet av polypropylenband (5 cm bredd) som hänger under bärlinor vilka hålls uppe av vattentäta tunnor. Odlingsbanden går ned till 5 eller sju meters djup och total längd på en odling (15 * 200 meter) är ~ meter. Hela anordningen hålls på plats av ankare på kortsidorna. Figur 4 Odlingssystem för blåmusslor enligt long-line metoden. 12

13 Tekniken beskrivs i flera källor och utrustningen går att köpa från svenska grossister. Dock kan man tänka sig en odlingsteknik som är särskilt anpassad till odling av Ciona intestinalis. Dagens metod är utvecklad för att maximera upptaget per tid och minimera arbetsinsatsen, detta då skördekostnaden är den enskild största utgiften i konceptet marin biogas. Vid blåmusselskörd måste skördaren vara försiktig för att inte krossa skalen och på så sätt bli av med den säljbara produkten, uppskattningsvis kan % av en blåmusselskörd förloras i hanteringen. För ascidier gäller inte detta då produkten ar helt utan skal och skall mixas direkt efter skörd för snabb avlivning av djuren. En norsk metod (Smartfarm) använder långa polypropylenrör istället för tunnor samt ett nät som odlingsyta. Detta har några viktiga fördelar då denna struktur inte syns lika mycket på havet samt tål vågor bättre. Vidare orsakar inte lossnade tunnor samma nedskräpningsproblem som vid traditionell odling. En möjlighet är att samodla ascidierna med alger (tång) i samma system, Detta är en mycket bra lösning av tre skäl: 1. Ascidierna utsöndrar lättillgängligt ammonium (ungefär som vår urin) vilket gödslar algerna och är det bästa sättet att uppnå maximal tillväxthastighet 2. Band med algbeväxta linor fungerar som vägar in i ascidieodlingen för planktonrikt vatten om vi har för mycket ascidier på samma ställe filtrerar de upp all föda ur vattnet som passerar 3. Ascidiernas filtrering gör att siktdjupet ökar i vattnet och att algerna på så sätt får mer solljus. I denna rapport diskuterar vi inte denna möjlighet mer ingående då sådana tester eller samodling inte har skett i större skala än. Dock är det en mycket attraktiv väg att gå för att få ännu mer energismarta lösningar och nämns som ett fält där vidare studier behöver genomföras i en demonstrationsanläggning. Det är av yttersta vikt att odlingsbanden blir bevuxna av just Ciona intestinalis och i sådana tätheter att en hög produktionssäkerhet kan nås. Utsättning av riggarna sker under våren och några veckor innan ascidierna kan antas leka vilket sker vid en vattentemperatur av ~ 9. Anledningen till att utsättningen sker några veckor innan är att banden då hinner få en biofilm av mikroorganismer på sig vilket underlättar larvsettlingen (när larverna sätter sig på banden). Marin biogas-systemet har två principiella sätt att erhålla ascidier (specifikt Ciona intestinalis) på odlingsbanden. Den första metoden är en passiv metod där sjöpungslarver från närliggande kolonier sätter sig på rena band och fyller dessa. Sådana närliggande kolonier kan vara redan bevuxna band som har lämnats kvar från föregående skörd på samma sätt som fröplantor används i skogsbruket. Den andra metoden är en mer teknisk lösning där odlingsbanden förkultiveras i bassänger tillsammans med lekande vuxna individer. Metoden baseras på att Ciona intestinalis lekmognad och larvsläpp är mycket väl styrt av förändring i vattentemperatur samt att larver sätter sig mycket snabbt efter larvsläppandet. Av de två ovan nämnda metoderna för att säkerställa att larver av Ciona Intestinalis sätter sig på banden är den första metoden (naturlig settling) den billigaste och enklaste men kräver redan befintliga bestånd medan den senare metoden är säkrare men har en inbyggd kostnad och är inte tekniskt verifierad i dagsläget. I ett pilotförsök skall båda metoderna (samt en kombination av de båda) testas och utvärderas. 13

14 Arean per odlingsrigg uppgår till ~3000 m 2 (15*200 m). Riggarna skall placeras med ett mindre avstånd mellan varje rigg för passage av skördebåt samt planktonrikt vatten in till riggarnas centrala delar. Angående skörd gäller att ha i åtanke att Ciona intestinalis är 1-årig i svenska ytvatten (<25 meters djup). Majoriteten av individerna kommer från larvsläppet av nästan 1- åriga individer i april-juni. Därefter kommer en andra omgång larver i augusti då individerna som släpptes under våren blir könsmogen vid en längd av ~7 cm och vattentemperaturen fortfarande är hög. Detta sker dock inte för hela beståndet utan endast en del. Under hösten och våren sker en tillväxt av Ciona intestinalis och en liten larvspridning sker kontinuerligt under denna tid. Den första skörden kan starta i augusti. Då har Ciona intestinalis vuxit till 6-8 cm längd och 30 % av banden kan skördas. I augusti släpper de sin andra omgång larver vilka då har rena band att slå sig ned på. I november har biomassan vuxit till och 30 % av biomassan kan ånyo skördas och de larver som släpps under hösten har då rena bandytor att slå sig ned på. Årets största skörd sker i mars-april där ~80 % av biomassan skördas. De kvarlämnade 20 % ascidier fungerar som larvspridare för de rena banden. Årscykelns sista skörd är skörden av de kvarlämnade sista 20 % vilket kan ske efter att en god larvspridning har uppmätts. Totalt skördas sålunda 160 %. Skördecykeln kommer kontinuerligt att modifieras för produktionsmaximering efter odlingsstart med ett mål på 250 % årsproduktion. Riskbegränsning för produktionsbortfall kan ske genom att odla 10 % extra. Skördar har genomförts både i odlingar utanför Lysekil samt Ljungskile. Filmer från skördar kan ses på Genomförda skördar: Trälebergskile, Lysekil, Orust Shellfish. Odlingsbanden var av typen Xmas Tree rope (Donaghys). Det var mindre Ciona Intestinalis högst upp på banden (0-0,5 meters banddjup och på bärlinan). Biomassan i odlingen mättes för att ge underlag till undersökningar av miljöeffekter på botten, totalt innehöll odlingen 65 ton ascidier. Totalt skördades 2960 kg vilket vägdes vid lastning i land Ulvön, Ljungskile, Scanfjord. Små blåmusslor dominerade 100 % den översta delen av banden (1-1,5 m) och därunder 100 % Ciona intestinalis. Odlingsbanden var vita, 5 cm polypropylenband samt Ulvön, Ljungskile. Scanfjord. Skörd under två dagar (2m 3 samt 8m 3 ). De skördade ascidierna mixades med en kraftigare kvarn för hushållsavfall. En slamsugningsbil hämtade biomassan båda dagarna och körde den sammanlagda biomassan (10m 3 ) till rötningskammaren i Lysekil (en del av Reningsverket i Långevik vilket ägs av LEVA i Lysekils kommun). De ascidier vilka settlade i juni var nu skördeklara. Skördeeffektiviteten i augusti var dock mycket låg en stor del av ascidierna lossnade och föll tillbaka i havet. 13 ton ascidier skördas under två dagar och lasten innebar 25 % av Långeviks hydrauliska belastning under ett dygn. Bibehållen gasproduktion uppmättes. 14

15 Figur 5 Nyskördade Ciona intestinalis i s.k. big-bag Trälebergskile, Lysekil, Orust Shellfish. Ascidier skördades inför testerna av gödselkvalitet. Totalt skördades 1 ton. Ascidierna mixades direkt efter skörd och avvattnades i big-bags (nätkassar använda för att lagra t. ex. ved). Substratet rötades och användes i gödseltester Biomassaproduktion Produktionen av ascidier per år kan beräknas utifrån verifierade uppmätningar av biomassor, se nedan, och utifrån dessa data kan vissa antagande göras utifrån uppskalning vilket ger en maximal produktion. En sådan produktion skall ses som ett realistiskt och nåbart mål genom teknikutveckling och pilotodlingar inom en 7 årsperiod. Även en teoretisk produktionskapacitet kan räknas ut som en grov kontroll att mängden kol i vattnet räcker till för tillväxten av Ciona intestinalis biomassa. Biomassa av Ciona intestinalis mättes i lysekilsodlingen Baserat på totala bandlängden och medelvärdet för de tre djupen (6,5 kg/m (0-1m), 11,7 kg/m (1-2m) resp 17,6 kg/m (2-3 m)) samt att det på två bärlinor av tre endast fanns biomassa på 2/3 av linorna (de södra delarna var tomma på Ciona intestinalis) kunde den totala biomassan i odlingen räknas ut till 65 ton våtvikt. Arean under odlingen var 2740 m 2 (mättes i Google Earth baserat på uppmätta hörnpositioner) vilket ger en täthet av biomassan på 24 kg/m 2. Ingen skillnad i torrvikter uppmättes på de olika djupen och medelvärdet var 5,1±0,3 % TS (n=8). 15

16 Figur 6 Vänster: Våtvikter för odlingen i Trälebergskile, Lysekil, baserat på djupet i odlingen (n=10 för alla djup) Höger: Vikter av Ciona intestinalis i odlingen vid Ljungskile, maj N=12 per djup. Uppskattad bandlängd i odlingen var ~ löpmeter där banden gick från 0,5 meter till 5 meters djup på 4 bärlinor med 200 meters längd. Odlingen var av klassiskt västsvensk longline typ. Banden var ej bevuxna med Ciona. intestinalis den översta metern, i övrigt var tätheten av Ciona intestinalis 6,6 kg våtvikt/meter band (n=10, Stdav.=4,3). Odlingen i Ljungskile uppmättes till biomassa i maj Odlingen var till 95 % täckt med Ciona intestinalis, resterande 5 % bestod av blåmusslor och alger. Biomassan av Ciona intestinalis mättes på 36 punkter i odlingen uppdelat på 3 djup, se Figur 5. Baserat på uppmätta vikter och bandlängd på 48 km innehöll odlingen 437 ton Ciona intestinalis. Banden gick ned till ett djup av 5,5 meter under bärlinorna (som låg på ~0,5 meters djup) Baserat på vetenskaplig litteratur och egna undersökningar av förekomsten av Ciona intestinalis på svenska västkusten vet vi att de förekommer rikligt ned till ~25 meter vilket motsvarar djupet av det språngskikt där växtplanktonrikt ytvatten skiljs från mer planktonfattigt djupvatten. Det ger oss en möjlighet att ha odlingsband som är 20 meter djupa utan minskad produktion. Denna ökning i banddjup från 5 meter till 20 meter tillåter en fyrdubbling av bandlängden till en total längd av 96 km. Har vi kvar den initiala uppskattningen av en årsproduktionen på 160 % av en enda skörd av fullvuxna individer får vi sålunda en total maximal produktion av ton våtvikt per hektar och år. Se Tabell 1. Tabell 1 Produktionskapacitet utifrån uppmätta data. Uppmätt årsproduktion på 24 km band 450 Ton Fyrdubblad bandlängd (från 5 till 20 meter) 1800 Ton Utökade skördetillfällen (160%, se avsnitt 2880 Ton Angivet som våtvikt per hektar (3 riggar per hektar) 8640 Ton Angivet som torrvikt (TS =5%) 432 Ton Angivet som mängd rötbart kol (50% av TS) 216 Ton Potentiell biogasproduktion (verifierat till 300 Nm3 / ton kol) Nm3/ha,år Potentiell biogasproduktion 0,65 GWh/ha,år Angivet som bensinekvivalenter (1 Nm3= 1 liter bensin) liter bensin 16

17 Olika skördescenario kan uppställas baserat på Dålig skörd (5kg/lm). Normal skörd (15 kg/lm) samt Bra skörd 25 kg/lm. Dessa scenarier får sedan verifieras under pilotodlingarna. Produktionsdata från ett liknande projekt vid Universitetet i Bergen, Norge, visat på 10 gånger högre biomasseproduktion per m 2 odlingsyta. Deras resultat baseras på odling på mindre testytor, men forskarna hävdar att det är realistiska och upprepningsbara värden i mer strömmande vatten i norska fjordar. Vi har dock inte räknat in deras resultat i våra beräkningar då det inte är oberoende verifierat - men givetvis skulle det öka produktion i Marin Biogas systemet i mycket hög grad. En teoretisk produktionspotential kan beräknas utifrån förbipasserande kolmängd. En sådan största möjliga biomasseproduktion. är summan av både den autotrofa samt heterotrofa produktionen i havet, dvs både den planktontillväxt som sker av fotosyntes (autotrof) samt den planktontillväxt som sker genom att utnyttja löst eller partikulärt kol (heterotrof). Då filtrerande djur som ascidier filtrerar och utnyttjar alla kolinnehållande plankton och bakterier är det viktigt att inkludera den heterotrofa produktionen. Följande beräkningsexempel är utfört på basis av förhållandena i Skälderviken. Mängden partikulärt kol hämtades från SHARK-databasen för Laholmsbukten (med motiveringen att den lokalen har störst likhet med Skälderviken). Ett medelvärde för åren räknades ut till 25 µmol organiskt kol/liter, detta motsvarar 0,3 g organiskt kol/m 3 vilket är den maximala mängd kol som ascidierna kan filtrera och omvandla till vävnad. Filtreringshastigheten anges som ett Population specific filtration rate (F pop ) och litteraturdata från danska fjordar anger ett Fpop på 6*10-5 m 3 *m -2 *s -1 1 Strömhastigheten hämtades från mätningar i Skälderviken av Nordvästskånes kustvattenkommitté. Strömmen varierade mellan 0,05 0,3 m*s -1 vilket ger en medelström på 0,17 m -s. Då odlingen skall förläggas med långsidan mot strömriktningen kan odlingens area räknas ut till 200 meters bredd (vilket vi i vanliga sammanhang kallar odlingens längd) och 20 meters djup _ area = 4000 m 2. Angivet odlingens sidoarea samt strömhastighet kan vattenflödet igenom odlingen räknas ut till 68 m 3 *s -1 Givet F pop samt en area av odlingsbanden på 4800 m 2 (normalodling löpmeter och 5 cm bandbredd) kan maximal filtrering uppskattas till 0,3 m 3 *s -1 En normalodling filtrerar ~230 gånger mindre vatten än vad som i medeltal passerar odlingen En maximerad odling (fyrdubbel bandlängd) filtrerar ~60 gånger mindre än vad som i medeltal passerar odlingen Kolmängden i det förbipasserande vattnet uppgår till 643 ton kol / år per odlingsrigg vilket är 3 gånger mer än vår beräknade maximala produktion av kol från ascidierna. Sammanfattningsvis kommer det, rent teoretiskt, inte bli en brist på planktonföda i ett stort odlingssystem lokaliserat i Skälderviken och vi utnyttjar 1/3 av den maximala kolproduktionen i havet med föreslagna odlingar. 1 Riisgård, Hans Ulrik, Carsten Jürgensen, and Torben Clausen Filter-feeding Ascidians (Ciona Intestinalis) in a Shallow Cove: Implications of Hydrodynamics for Grazing Impact. Journal of Sea Research 35 (4) (June): doi: /s (96)90756-x. 17

18 Figur 7 Mängd tillgängligt kol som föda för ascidier. Data är medelvärde för yttre Laholmsbukten för åren Kväveupptag Halterna av kväve i skördad biomassa är mellan 5 och 7 % (av torrsubstansen) i undersökningarna. För en sammanställning av uppmätta kvävehalter se Tabell 2. Table 2 Sammanställning av kväveundersökningar av Ciona. intestinalis. Not 1: % TS = procentuell torrsubstans av våtvikt. Not 3: VS = Volatile substans = kolhalt. Labb Datum Behandling TS (%) VS (%) VS/TS (%)Kväve Kväve kväve Kväve Kväve Fosfor Fosfor Not 3 ANOX nov-09 Färska 4,60% 2,00% 43,48% ANOX nov-09 Avvattn. 30 min 6,30% 3,70% 58,73% ANOX nov-09 Press-avvattn. 10,80% 7,40% 68,52% (%TS) (TS) (% TS) (% TS) mg/kg TS(% TS) mg/kg TS Not 1 mg/kg Not 2 NH4+ NH4+ BELAB nov-11 Press-avvattn. 11,60% 47,50% 5,03% Eurofins sep-10 Mixade. Avvattn. 4,50% 2,30% 51,11% 5,11% 0,54% 5400 Alcontrol nov-09 Mixade. Avvattn. 4,10% 1,50% 36,59% eget apr-12 Mixade 5,00% 2,50% 50,00% Eurofins apr-12 Mixade & avvattn. 8,00% 2,50% 31,70% 6,60% % ,42% 4200 Eurofins apr-12 Mixade & avvattn 8,60% 2,60% 30,70% 5,50% % ,45% 4500 N-research mixade. Avvattn 5,00% 2,20% 43,50% N-research mixade. Avvattn 5,10% 2,30% 45,60% N-research mixade. Avvattn 5,00% 2,30% 46,20% väve halter enligt Petersen, Schou et Thor 1995 [Growth and energetics in Ciona ] 6,04% väve halter enligt Petersen, Schou et Thor 1995 [Growth and energetics in Ciona ] 7,47% 18

19 Mängden kväve som tas upp kan också anges per hektar baserat på ascidievävnadernas kvävehalt. Givet en produktion på ton våtvikt per hektar tas 24 ton kväve per hektar och år upp (data enligt ovan: ton vått * 5 % torrvikt * 5,5 % kvävehalt i torrvikten). Som jämförelse åtgår då 337 hektar odlingar för att reducera hela Sveriges åtagande enligt Baltic Sea Action Plan på 8100 ton kväve Biogasproduktion Gasproduktionen av skördade Ciona intestinalis mättes av Anox Kaldnes, Lund, i november Gasproduktionen mättes också i Långeviksverkets rötningskammare efter det att den biomassa som skördades samt tillsatts där. Mängden gas som produceras i den 500 m 3 stora rötningskammaren bestäms primärt av mängden rötbart kol som matas in. Ett indirekt mått på detta är mängden torrvikt som når rötkammare och mäts i ton TS Figur 8 Gasproduktion med 25% inblandning av ascidier i Långeviksverket, Lysekil Ingen minskning kunde uppmätas i gasproduktionen efter att 0,1 ton TS och 0,5 ton TS matades in i rötkammaren de två dagarna. Den procentuella inblandningen av Ciona var 4 % respektive 25 % av totalt TS de två dagarna. I utrötningsförsök på oberoende laboratorium (Anox Kaldness, Lund) har biogaspotentialen uppmätts i två omgångar. I den andra omgången, följt av en teknikutveckling av substratbehandlingen (ej vidare nämnt i denna rapport) uppgick metanutbytet till 306 Nm3 CH 4 /ton kol. Vidare räknades den teoretiska metanpotentialen ut till ~500 Nm3 CH 4 /ton kol och kan anses som produktionsmål. I antaganden för kostnads och produktionskalkyler används i denna rapport ett metanutbyte motsvarande 300 Nm3/ton kol. Det bör genom optimering av processen, exempelvis med lämplig förbehandling, vara möjligt att öka utbytet betydligt. Salthalten i biomassan har inte varit ett problem i utrötningstesterna då behandlingstekniken har minimerat salthalten och det faktum att bakterierna i en rötkammarkultur anpassar sig till 19

20 olika salthalter. Begränsningar i effekt pga. salthalt uppstår när salta biomassor förs in i processer utan sälta Risker med odling Riskerna med odling av Ciona intestinalis har undersökts i projektet Ekologiska effekter av storskalig ascidieodling som finansierades av Naturvårdsverket och Havsmiljöanslaget Projektet studerade ekologiska risker på både bottenmiljön, vattenmassan samt fiskförekomst. Vidare undersöktes riskerna med att larver sprider sig till oönskade lokaler (t ex musselodlingar). För effekter på bottenmiljön visar resultaten att negativ påverkan av odlingen förekommer, men endast är lokaliserad till botten under odlingen. Redan på ett avstånd av 30 meter är negativa effekter svåra att upptäcka, vilket stämmer med väl med andra undersökningar. Resultaten visar också att bottenmiljön under odlingen återhämtade sig till en acceptabel miljöstatus sex månader efter odlingens borttagande. För att minimera effekterna på bottenmiljön är det viktigt att placera odlingarna på antingen djupare vatten eller i mer strömmande vatten. Detta då de fekalier som ramlar ned sprids över ett större område vilket klarar den organiska belastningen. Vid lägre organisk belastning kan positiva effekter på bottensamhället uppstå i form av fler arter och högre biomassa. Detta har observerats under mussel- och fiskodlingar i norska fjordar. Inga tydliga effekter på växtplanktonsamhället eller på närsaltskoncentrationerna har observerats. Dock förekom en tydlig ökning av siktdjupet, från 2 m till 3 m efter passage samt uppmätt låga biovolymer inne i odlingen. Tydliga förändringar i djurplanktonsamhället uppmättes också. Djurplanktongruppen copepoder (både de vuxna djuren samt larverna) minskade i antal under passage genom odlingen, men denna minskning kompenserades av en ökning av bentiska (bottenlevande) copepoder. Det var mer fisk inne i odlingen än i kontrollområdet utanför, både i undersökningen med nätfiske samt med time-lapse fotografering. Dock var förekomsten inne i odlingen inte så hög att det går att avgöra om det är en viktig skillnad ur ekologiskt eller förvaltningsmässigt perspektiv. Risken för spridning av Ciona-larver är störst i närområdet och avtar redan inom 1 km från odlingen. I en förvaltningsmässig bedömning av säkerhetsavstånd till tex. andra akvakulturanläggningar får en individuell bedömning göras baserat på lokala strömningsförhållande Miljögifter Djur i havet utsätts för samma halter av miljögifter som omgivande vatten. Termen miljögifter är mycket bred och innefattar många olika typer av ämnen med olika upptag och förekomst i havet. Halterna av ämnen varierar både lokalt, beroende på lokala utsläpp från städer, industrier och andra punktkällor, samt regionalt från t ex. fordon, förbränning och jordbruk. Upptaget i vattenlevande djur och växter varier också mellan olika ämnen och som exempel kan skillnaden mellan tungmetaller, som oftast inte anrikas, och organiska miljögifter som anrikas i djurens fettvävnader och får negativa effekter högst upp i näringskedjan. Ascidier lever längst ned i den betande näringskedjan, samt har låga halter av fett, då de inte lagrar fett som näringsreserv. Detta gör att halterna av organiska miljögifter inte byggs upp på samma sätt som hos toppredatorerna säl och laxfisk. 20

21 I tidigare undersökningar är halterna av de vanligaste miljögifterna undersökta i ascidier från odlingarna runt Lysekil och Ljungskile. Se tab. 3 Tabell 3 Jämförelse miljögifter i ascidier och avloppsslam. Ascidie 1 och Ascidie 2 är oberoende prov tagna vid samma tillfälle. Analys [EUROFINS] enhet Ascidie 1 Ascidie 2 MEDEL Torrsubstans % 8 8,6 8,3 ph 7,2 7,4 7,3 Kjeldahl kväve mg/kg Kjeldahl kväve % Ts 6,6 5,5 6,05 Ammoniumkväve mg/kg Ammoniumkväve % Ts 1,4 1,3 1,35 Bly mg/kg 2,8 2,8 Bor mg/kg Fosfor mg/kg Järn mg/kg Kadmium mg/kg 0,16 0,16 Kalcium mg/kg Kalium mg/kg Koppar mg/kg Krom mg/kg 3,5 3,5 Kvicksilver mg/kg 0,048 0,048 Magnesium mg/kg Mangan mg/kg Natrium mg/kg Nickel mg/kg 5,1 5,1 Svavel mg/kg Vanadin mg/kg Zink mg/kg Kol mg/kg 31,7 30,7 31,2 Klorid % 1,12 1,12 Klorid % Ts För problemämnet kadmium ligger ascidiebiomassa cirka 10 gånger under den totalt tillåtna kadmiummängden i avloppsslam, 2 mg/kg TS (Naturvårdsverket 2001, Rapport 5148) och ungefär hälften så lågt som högsta tillåtna värdet i jordbruksmark. Därmed kan anses att halterna av kadmium inte utgör en fara för användning i jordbruket. Som jämförelse har Eneskog (2002) sammanställd gränsvärden för kadmium 2. 2 Enskog, Kadmium - Miljö Och Hälsoaspekter vid slamspridning. Stockholm vatten

22 Tabell 4 Sammanställning av gränsvärden för kadmium Begreppet kadmium per kilo fosfor är ett begrepp som används mycket inom jordbruk och bedömning av gödsel. Detta då just mineralisk fosfatgödsel alltid är kontaminerat av kadmium. Detta gäller då för gödseltyper som används som fosforgödsel. Ascidier innehåller, i jämförelse med fosforgödsel, mycket lite fosfor och då är det inte tillämpligt att använda parametern kadmium/kg fosfor. Det är totalinnehållet av kadmium som är viktigt att använda Ascidier har länge rönt vetenskapligt intresse då de är ett av få djur som aktivt tar upp grundämnet vanadin i vävnaderna. Det är främst inne i djuret som vanadin ansamlas medan den yttre manteln har lägre halter. Uppmätta värden av vanadin i Ciona intestinalis är högre än i andra substrat, t ex är de uppmätta halterna på 170 mg/kg TS tio gånger högre än angivet i svenskt avloppslam (~18 mg/ kg TS). I rapporten Vanadin i Svensk Miljö (Gustavsson och Johnsson 2004) 3 diskuteras halterna av vanadin i svenska jordar utförligt. Rapportens slutsatser inkluderar att vanadin binder hårt till jordarna i normalt ph och därför inte förs direkt vidare till grödorna samt att toxiciteten i vatten är låg. Rapporten nämner svenska jämförvärde för förorenad mark (sedimentjordarter) på 60 mg/kg TS och med ett riktvärde på 120 mg/kg TS för känslig markanvändning. Jämför vi med internationella data ligger naturliga vanadinhalter jordar från mg V per kg TS (US Department of Health and Human Services 2012). Vid gödsling med ascidiebiomassa (rötad eller färsk) späds vanadinkoncentrationen ut i det tänkta systemet då ascidierna samrötas med annan biomassa och blandas med annat gödsel innan spridning. Vidare späds vanadinkoncentrationen ut rent fysiskt i jorden då odlingsdjupet kan antas vara cirka 20 cm. Utifrån detta kan vi konstatera att vanadinförekomsten i gödsel bör övervakas och långtidsackumulering av vanadin i gödslade jordar bör undersökas vidare i samband med att man börjar gödsla med ascidier. Prover på vanadin i jordar efter ascidie-gödsling kommer att tas under hösten 2013 i projektet Implement där ascidier som gödsel studeras. 3 Gustafsson and Johnsson, Vanadin i svensk miljö. KTH Mark och Vattenteknik

23 Om man skall konsumera vattenlevande filtrerare, såsom blåmusslor och ostron, finns en risk att djuren har ansamlat för höga halter av gifter som naturligt finns i växtplankton. Det kan röra sig om diarretiska eller i värre fall paralytiska gifter. Vidare måste dessa livsmedel kontrolleras för bakteriehalter som kan vara skadliga. Då ascidierna inte skall användas som livsmedel är dessa substanser inte en risk och de utgör inte heller en risk efter rötning eller fortsatt användning, då gifterna bryts ned i processen. 2.2 Övriga Marina Substrat Makroalger Med makroalger menar man större synliga alger, dvs det som kallas tång på svenska. Makroalger delas upp i tre grupper; röd-, brun och grönalger men den grupp som har visat sig mest lämpad för biogasproduktion är brunalgerna. Grönalger och rödalger ackumulerar tungmetallen kadmium och orsakar därför problem vid spridning av rötrester som gödsel. Den bäst lämpade brunalgen har visat sig vara brunalger av släktet Laminaria sockertång heter den mest vanliga arten i svenska vatten och är en upp till 2 meter långsmal krusig alg. Den lagrar upp kolhydrater vilket är ett lättillgängligt substrat (det är också därför stora mängder Laminaria skördas för att utvinna alginater för livsmedelsindustrin). Laminaria förekommer rikligt i kallare vatten och man har sedan länge odlat dessa alger i Asien. I dag skördas cirka 4 miljoner ton årligen i Kina, som jämförelse odlas cirka 25 ton årligen i Frankrike. I Norge skördas Laminaria från vilda bestånd i omfattningen ton baserat på en standing stock på ca. 10 miljoner ton. Dessa alger förädlas industriellt till karragen som livsmedelstillsats. I jämförelse med den prisbilden är det inte prisvärt att odla Laminaria för energiproduktion i sig själv. Detta har undersökts i flera omgångar där de flesta slutsatser pekar på att det inte är en ekonomisk lösning med nuvarande energipriser det är mer lönsamt att odla alger för att framställa karragen. En variant som diskuteras, och som inkluderas i Marin Biogas konceptet, är att samodla alger med ascidier. Denna typ av odling kallas multi-trophic culture där musslorna/ascidiernas utsöndring av ammonium fungerar som snabbverkande gödsel för de samodlade algerna. Det är väl känt att tillväxthastigheten hos algerna ökas vid höga ammoniumhalter. I asiatiska algkulturer hänger man t.e.x ut krukor med konstgödsel bland algkulturen för att öka tillväxthastigheten, Som summering kan sägas att alger som substrat för energiproduktion i sig själva inte är aktuellt pga. odlingskostnader. Dock är det möjligt att minska kostnaderna vid samodling med tex. ascidier där både odlingsriggar och skördebåtar används för båda biomassor Musslor Blåmusslor odlas i Sverige sedan 70-talet och används främst för livsmedelsändamål. Den största producenten Scanfjord ligger på Orust. Produktionen är i Sverige ca 2000 ton/år av musslor till livsmedel. I produktionen erhålls en del skadade musslor och musslor som är för små för att saluföras. Denna mängd uppgår till ca 400 ton per år. Musslor har relativt sett stor andel skal vilket försvårar rötning i traditionell våtrötningsanläggning. Försök har gjorts med torrötning 4 och man har då erhållit ca 26 4 Torrötning av Musslor och Vass, Valentine Nkemka, Marika Murto, LTH, feb

24 Nm3 / ton våtvikt. Tidigare rapporterade rötningsförsök av musslor utan skal 5 har givit ett metanutbyte på 420 Nm3/ton VS, vilket omräknat motsvarar ca 33 Nm3/ton våtvikt. Givet att man kan lösa hanteringen av musslor i en våtrötningsanläggning så utgör spillet från musselproduktionen en årlig potential om ca Nm3/år, vilket motsvarar ca 130 MWh. Detta ger ej speciellt stort tillskott i den totala biogasproduktionen, men synergieffekter med logistik och havsbaserad odling kan göra det fördelaktigt att inkludera musslor för rötning. Speciellt eftersom spillet idag utgör en kostnad för musselodlarna, som får bekosta transport till deponi eller till lantbruk för gödsel. Dessutom har man i musselodlingar stundtals problem med att Ciona intestinalis tar överhanden i odlingen. Vid sådana tillfällen kan man rensa odlingen från ascidier och få en avsättning för den skördade biomassan. Ur miljösynpunkt är detta att föredra relativt alternativa åtgärder. I fallet att man skulle odla blåmusslor för biogasproduktion måste man också ta hänsyn till alternativinkomster då musslorna, om de odlas som livsmedel, betingar ett betydligt högre pris (3-5 kr/kg våtvikt) när de säljs till livsmedelsproduktion. Detta pris är betydligt högre än vad som är aktuellt för energiproduktion. Ur en aspekt är det inte bra att blanda ihop produktion av blåmusslor för konsumtion och energiproduktion och vattenrening. Det kan vara ett försäljningshinder att sälja detta delikata livsmedel då det samtidigt odlas för att rena vattenområden. Odlandet av rötbart kol med hjälp blåmusslor är dyrare än att framställa samma mängd rötbart kol genom ascidieodling Avfall från fiskindustri Avfall från fiskindustri i Bohuslän har en potential om ca 15 GWh/år. I dagsläget nyttjas merparten av detta i samrötningsanläggningar, ofta förknippat med transport från industrier i Kungshamn, Orust eller Tjörn till exempelvis Trollhättan (skedde tidigare men inte numer pga förbehandlingskrav) eller Danmark. Planer finns på samrötningsanläggning i Sotenäs för att ta hand om avfall från fiskindustrin. Fördelen är då att man slipper långa landtransporter till befintliga rötningsanläggningar. I dessa planer finns även möjlighet att inkludera ascidieodling eller musselodling, i syfte att rena havet Övrigt Alger som har drivit i land på stränder har undersökts i tidigare (och pågående) projekt, dels i ett EU life projekt i Strömstad 2000, dels försök i Trelleborg under 2008 (DETOX) samt senare i projektet WAB (Wetlands, Algae, Biogas). Mängderna av rötbara strandalger som tas hand om årligen i dag uppgår till ca ton och den totala potentialen uppskattas till ton. Förutom de senare svenska undersökningarna finns även ett flertal vetenskapliga artiklar. Rötgasutbytet varierar starkt mellan undersökningarna men ett medelvärde syns ligga runt 200 Nm 3 /ton organiskt kol (VS). 5 Johansson, M. (2009). Utrötningsförsök av blåmusslor utfört på Svensk Biogas FoU. 24

25 Algerna har viss potential, framför allt då sydsvenska kustkommuner vill bli av med de ruttnande algerna från stränderna och i viss mån kan betala för kvittblivningen vilket gynnar biogaskalkylen. Dock är algerna rika på kadmium vilket gör att det rötade material i värsta fall inte går att sprida på åkrarna som gödsel. Pågående projekt i Sverige, Danmark och andra länder får utvisa om detta är ett möjligt alternativ. Rent logistiskt passar detta bra ihop med ascidie-biommassa då båda substraten är nära havet. 2.3Forsknings- och utvecklingsbehov Följande områden behöver undersökas bättre för att maximera en storskalig ascidieodling och därpå följande energiproduktion (angivna utan inbördes prioritering): Kontrollerad konstgjord larvproduktion för att säkerställa en produktion av odlingsband där det hela tiden finns Ciona intestinalis på banden. Detta är viktigt för att kunna starta upp nya odlingar snabbare och inte nödvändigtvis vänta på att naturliga samhällen beväxer odlingsbanden. Metoden är teoretiskt enkel och beskrivs närmare i det svenska patent som innehas av Marin Biogas. I korthet går det ut på att könsmogna Ciona intestinalis släpper sina ägg och spermier om vattentemperaturen höjs över ~14. Detta innebär att man kan ta vuxna individer på hösten/vintern och placera dem i stora vattenkar med tomma odlingsband i. När individerna fås att skicka ut ägg och spermier bildas larver som sätter sig på banden i karen. Dessa band kan därefter skickas ut till odlingarna. Denna metod används av forskare världen runt som arbetar med Ciona intestinalis i biologiska försök, men då i liten skala. FoU behovet är att testa detta i praktiken samt optimera förfarandet och få en uppskattning om kostnader, utbyte och möjligheter. Kunskap om variationer i larvspridning och settling samt eventuella sjukdomar. Grundläggande ekologiska förhållanden som rör Ciona intestinalis framgång i att kolonisera nya ytor är mycket viktiga för odlingsframgången i stor skala. Sjukdomar hos Ciona intestinalis är mycket lite undersökt men är givetvis viktigt att kontrollera vid odlingar. Strömhastigheten och partikelmängdens påverkan på tillväxthastigheten. Kan vi nå upp till det norska projektets (UIB) mycket höga tillväxthastigheter - nästan tio gånger högre biomassa än vad vi finner på Svenska västkusten. De studerade tillväxten i liten skala i norska strömmande fjordar. Utsjö-odling (off-shore odling). Kan man odla Ciona intestinalis längre ut till havs undviker man konflikter med övriga intressenter i skärgårdsmiljön. Vidare kan man eventuellt få högre tillväxt i områden med starkare strömmar. Tyska undersökningar har visat att utsjö-odling är positivt för tillväxt av blåmusslor då mängderna av parasiter minskar. Det finns internationella projekt och rapporter kring off-shore odling som kan ligga till grund för utveckling av en sådan teknik för ascidieodling. 25

26 3 Reningseffekt Vid skörd av ascidier uppnås även en reningseffekt av den marina miljön. Den skördade biomassan utgörs av kväve till 5 % av TS och av fosfor till ca 0,5 % av TS. Detta innebär att det finns en mycket stor reningspotential kopplat till odling och skörd av ascidier. Det har gjorts stora investeringar i kvävereningskapacitet på flertalet större reningsverk i Sverige. Det finns ett fortsatt stort behov av att bygga ut kvävereningen för att uppnå de internationella åtaganden som Sverige gjort bl.a. i den s.k. BSAP (Baltic Sea Action Plan). För att klara delar av de åtaganden som gjorts har man från Naturvårdverket tagit fram ett förslag på certifikatssystem för kväverening. Det innebär att man skall kunna köpa och sälja kvävecertifikat mellan olika reningsverk. På så sätt uppnås ett effektivare utnyttjande av den totala kvävereningskapaciteten. I underlaget till förslaget har man även diskuterat olika möjliga åtgärder för att minska kvävebelastningen och som kan inkluderas i ett certifikatssystem. Bl.a. omnämns musselodling som ett alternativ. I Interregprojekten Forum Skagerrak II och Bjåskellodling och Nitrogenkvoter 6 anges en produktion vid s.k. long line odling påp 150 ton musslor per hektar. Skalet utgör musslans största viktandel, mellan 30-50%. Vid skörd av musslor avlägsnas ca 6,4 10,2 kg kväve och 0,4 0,6 kg fosfor per ton skördad mussla. Motsvarande värden för odling av Ciona Intestinalis är enligt tidigare beräkningar en biomasseproduktion om 8640 ton/ha,år, varav 5% (432 ton) utgör TS. Torrsubstansen innehåller 5 % kväve och 0,5 % fosfor. Omräknat till reningseffekt per odlingsyta ( kg/ ha,år ) erhålles följande jämförande värden på reningseffekten för musslor respektive Ciona Intestinalis: Tabell 5 Upptag av övergödande näringsämnen vid mussel- och ascidieodling. Kväve kg/ha,år Fosfor kg,/ha,år Musselodling Odling Ciona intestinalis Odling av ascidier har ur detta perspektiv samma typ av verkan, fast upptaget av kväve är betydligt större för odling av Ciona Intestinalis än vid odling av musslor. En annan viktig aspekt ur kretsloppsperspektiv är att få en fungerande användning av den primära biomassan som man skördar ur havet. Oavsett om den används till livsmedel, foder eller för att generera biogas. Ur detta perspektiv är odling och skörd av Ciona intestinalis för substrat till rötning ett mycket lämpligt, eftersom efterfrågan på biogas är mycket stor. Vidare behöver man inte ta hänsyn till att den odlade produkten skall användas i livsmedel, vilket medför att det är både möjligt och även i vissa fall önskvärt att odla i relativt förorenade vatten, t.ex. när utsläpp från reningsverk med relativt låg grad av rening. Odling, skörd och rötning av Ciona intestinalis kan utgöra ett mycket kraftfullt redskap för att åstadkomma en reduktion av kvävebelastningen i havet. Det pågår en intensiv investeringsverksamhet i många avloppsreningsverk för att förbättra och utöka kvävereningen. 6 Musslor för Miljön, Sammanställn ingsrapport, Maj Persson Kristinebergs Marina Forskningsstation 26

27 I Sverige har vi mycket svårt att leva upp till satta miljömål inom detta område, och det är mot den bakgrunden som ett certifikatssystem nu diskuteras. Givet att odling och skörd av Ciona intestinalis kommer med i certifikatsystemet kommer det att i många fall bli ett konkurrenskraftigt alternativ för kväverening. Som exempel kan nämnas Ryaverken i Göteborg, som relativt nyligen satte igång en ny anläggning för att klara kraven på kväverening. År 2010 motsvarade reningseffekten 300 ton kväve per år. Investeringskostnaden för detta låg på över 600 miljoner kr. Motsvarande reningseffekt skulle kunna åstadkommas genom odling och skörd av Ciona intestinalis. För att åstadkomma samma reningseffekt så skulle det fordras en odlingsareal på 14 ha enligt de optimerade beräkningarna tidigare. Investeringskostnaden torde ligga på ca 60 miljoner kr. Förutom den uppnådda reningseffekten kommer man då att kunna producera 8 GWh biogas per år. 27

28 4 Rötning Allmänt om rötning kan hämtas från Biogasportalen ( ) I denna rapport fokuseras på traditionell våt rötningsprocess. 4.1 Rötningskapacitet I syfte att genomföra ett demonstrationsprojekt för utvinning av biogas ur ascidier behövs tillgång till en eller flera rötningsanläggningar. Vi har i princip två alternativ, att nyttja överkapacitet i befintliga anläggningar eller att bygga en ny rötningsanläggning. I denna rapport har vi adresserat båda dessa möjligheter, även om det vid en första enkel analys ter sig tämligen självklart att för ett demonstrationsprojekt så är det ekonomiskt fördelaktigt att inte behöva belasta projektet med en stor investeringskostnad i en ny anläggning. Samtidigt så är det förstås intressant att få en första skattning av investerings- och driftkostnader för en ny anpassad rötningsanläggning Tillgänglig kapacitet I tabell 6 presenteras det totala antalet biogasproducerande anläggningar tillsammans med uppgifter om antalet mesofila och termofila anläggningar samt total rötkammarvolym. Av de identifierade anläggningarna var 55 stycken deponier, medan övriga anläggningar producerar biogas i rötkammare. Tabell 6 Antal biogasanläggningar i Sverige, fördelning mesofila/termofila anläggningar samt total rötkammarvolym år Anläggningstyp Antal anläggningar Antal mesofila Antal termofila Rötkammarvol ym (m3) Avloppsrenings verk Samrötningsanl äggningar Gårdsbiogasanl äggningar Industrianlägg ningar Deponier 55 e.t1 e.t1 e.t1 Summa Totalt finns det 135 rötningsanläggningar i Sverige, med en sammanlagd rötkammarvolym om m 3. Fokus för denna rapport ligger på verksamhet längs västkusten och då är de anläggningar i närhet till hamnar förstås av extra intresse. 7 Peter Berglund, Grontmij AB 28

29 a b c Figur 9 Biogasanläggningar i sydvästra Sverige. a. Karta över anläggningar norr om Göteborg. b. dito söder om Göteborg. c. dito i västra Skåne. Samrötningsanläggningar i brunt och avloppsreningsverk i blått I Västra Götalands län finns 27 biogasanläggningar. Den totala biogasproduktionen år 2011 var 215 GWh, vilket var en ökning med 28 % jämfört med år Den sammanlagda rötkammarvolymen var m 3. De mest intressanta anläggningarna återfinns där vi har möjlighet att lossa substrat från båt direkt ( pumpning ) till anläggningen. I Hallands län finns elva biogasanläggningar. Den totala biogasproduktionen år 2011 var 673 GWh, vilket var en ökning med 11 % sedan år Den sammanlagda rötkammarvolymen var m 3 I Skåne län finns 41 biogasanläggningar, varav tio deponier. Den totala biogasproduktionen år 2011 var 290 GWh, vilket var en ökning med 1 % jämfört med Den sammanlagda rötkammarvolymen var m 3 29

30 4.1.2 Investering i ny anläggning I rapporten har vi tagit fram kostnadskalkyler för nyinvestering och drift av en våtrötningsanläggning. Vi har ej inkluderat torrötning, dels p.g.a. att kostnadsdata är svårtillgängliga och att torrötningen ej är prövad för ascidier. En större samrötningsanläggning som producerar fordonsgas ser ofta ut på följande sätt, figur 10. Figur 10 Processchema för fordonsgasproduktion. Lastbilen tömmar det flytande materialet i en mottaningstank. Det finns även en silo för torrare, icke pumpbara substrat. Materialet sönderdelas ytterligare och transporteras vidare via värmeväxlare till hygieniser För projektering av en ny anläggning måste varje specifikt fall räknas igenom var för sig med respektive lokala förutsättningar. Det kan dock konstateras att det sällan går att få en lönsam kalkyl för anläggningar under storleken 10 GWh/år. I denna rapport har vi gjort uppskattningar av investerings- och driftskostnader för tre olika storlekar på anläggning, 10, 30 respektive 100 GWh/år. I respektive fall har vi även räknat med och utan hygienisering, vilket främst påverkar driftskostnaden. Biogasanläggningen använder elektricitet för att driva pumpar, omrörare, ventilation med mera. Dessutom används värme för att hetta upp det substrat som ska hygieniseras till minst 70 C, samt för att bibehålla en processtemperatur i reaktorerna på cirka 37 C. Behovet av elektricitet bedöms uppgå till 16 kwh/ton substrat (el). Behovet av värme bedöms uppgå till 50 kwh/ton (värme) under förutsättning att en del värme kan tas tillvara från biogödseln (via värmeväxlare). Här antas att det finns en fliseldad panncentral i anslutning till biogasanläggningen som kan leverera värme för 450 kr/mwh. 30

31 Därutöver används elektricitet för att driva uppgraderingsanläggningen och för att komprimera den producerade fordonsgasen. Uppgraderingsanläggningens energibehov varierar, bland annat beroende på teknikval. Här baseras beräkningarna på en vattenskrubber med en antagen elförbrukning på 0,35 kwh/nm 3 rågas. Därutöver tillkommer komprimering som kräver ytterligare cirka 0,25 kwh/nm 3 rengas (CH 4 ) i beräkning avseende fordonsgasförsäljning. Tabell 7 Kostnadskalkyl för våtrötningsanläggning vid olika kapaciteter. Kapitalkostnaden beräknas som en annuitet utifrån en avskrivningstid om 15 år och en ränta på 5%. Kapacitet Investering Investering Kapitalkostnad Dritkostnad Driftskostnad Transporter Personal Totalkostn GWh/år Hygienisering MSEK SEK/kWh ksek/år ksek/år SEK/kWh ksek/år ksek/år kr/kwh 10 ja 44 4, , ,79 10 nej 41 4, , ,72 30 ja 81 2, , ,58 30 nej 75 2, , , ja 191 1, , , nej 171 1, , ,40 31

32 5 Tillgängliga odlingsplatser Utefter svenska västkusten finns en mycket stor potential att odla ascidier. Traditionell odlingsteknik som används för musselodling är inte lämpad för odling i öppen sjö, utan dessa måste läggas i någorlunda skyddade vatten. I ett första referenssystem torde detta inte utgöra något problem eftersom det finns många outnyttjade lämpliga odlingsplatser. Dock måste självklart hänsyn tas till andra intressenter, yrkessjöfart, fiske, aquakultur, båt och friluftsliv mm. Detta behandlas mer under avsnitt Tillståndsfrågor. Odlingsplatsens belägenhet har förstås betydelse för logistikkostnaden. Lossningsplatsen bör ligga inom rimligt avstånd från odlingsplatsen för att få en total ekonomi i systemet. För ett demonstrationssystem som omfattar en mindre produktion slår inte transportkostnaderna igenom särskilt mycket. Följande områden har undersökts utifrån sina förutsättningar för ascidieodling, och befunnits vara lämpade för ett referenssystem; Lysekils västra skärgård. Området ligger nära en rötningskammare som ägs av Lysekils kommun. Vidare finns fria vattenområden som är godkända för musselproduktion (vilket eventuellt förenklar tillståndsprocessen) och tillräckliga arealer ligger utanför strandskyddat område. Hela området har en intensiv fritidsbåtstrafik på sommaren, samt många känsliga sommarboende, som bör tas hänsyn till i tillståndsansökan Göteborgs norra skärgård / Göta älvs mynning. Området ligger nära rötningskammare som ägs av GRYAB (Göteborgs kommun) vilken har kapacitet att ta emot stora mängder extra substrat. Det finns vattenområden som inte är skyddade av strandskydd och kan vara lämpade för just rening av havet på kväve och partiklar då Göta älv för med sig mycket material ut till området. Dock måste en sådan placering förankras hos många intressenter av vattenområdena och stor hänsyn tas till den aktiva sjöfarten och hamnverksamheten. Det senare är givetvis mest problematiskt inne i Göteborgs hamn om man tänker sig en lokalisering utanför GRYABs stora avloppsutsläpp. Skälderviken: Avståndet till rötningsanläggningar är relativt stort. Närmaste rötningsanläggning ligger i Höganäs men är fullt möjligt. I övrigt är det en bra lokal med tanke på att Skälderviken lider av övergödning och sålunda är näringsrik för ascidierna. I de yttre delarna av Skälderviken uppgår djupet till meter vilket är bra. En sådan placering är dock utsatt för vind, vågor och is så utveckling av metoder för utsjö-odling behöver göras innan odling. Utsjö odling: Utsjö-odling tas upp i stycket om forsknings- och utvecklingsbehov och skulle vara ett mycket bra alternativ för storskalig odling. Dock är transportkostnaderna (och transporttiden) högre än för inomskärsodling. Odlingen kräver större investeringar, större båtar samt dyrare förankring men har fördelar i att det inte finns brist på odlingsplats. I vissa områden (5-10 Nm (9-18,5 km) utanför kusten) är strömhastigheten mycket högre än inomskärs vilket bör gynna en tillväxt samt minimerar negativa effekter på bottenmiljön (snarare så att odlingar ökar mängden bottenlevande djur och fisk). Vidare är området mindre utsatt för isbildning. Potentiella odlingsområden vid västkusten i stort undersöktes med hjälp av sjökort och Google Earth s GIS verktyg. Den totala möjliga odlingsarean för hela västkusten i denna 32

33 uppskattning uppgick till cirka 2900 hektar, vilket motsvarar en teoretisk potential om ca 1,9 TWh biogas, se Tabell 8. Tabell 8 Uppskattning av möjliga odlingsareor och potentiell energiproduktion. Uppskattningen av energiproduktionen är en interpolation av vad en 20-meter djup rigg kan ge i normalfallet (0,22 GWh). I ett framtida scenario utnyttjas endast en del av arealerna men tabellen ger en fingervisning om potentialen utmed västkuten. Område Lokal Lokal not Potentiell area Antal riggar Norra Bohuslän Mycket naturskydd - hårt turisttryck Potentiell energi (GWh) Mellersta Bohuslän Åbyfjorden ,9 Brofjorden ,6 Lysekil ,8 Byfjorden (Uddevalla) Spoil ground ,8 Koljöfjord ,2 Ljungskile ,2 Morlanda kile ,2 Fjordarna mellan Ljungskile och Stenungssund ,8 Södra Bohuslän Nordre älvs mynningsområde Väst Rävungarna ,4 Spoil ground, utanför Göta älvs mynningsområde farlederna, ha ,4 Älgöfjoden (Syd Dyrön) ,4 Hakefjorden ,0 Askeröfjorden (Stenungssund) ,8 Halsefjorden (Norr Stenungssund) ,6 Summa Bohuslän Halland Kungsbackafjorden ,6 Laholmsbukten ,0 Skälderviken ,0 Skåne Lundåkrabukten ,0 Öresund ,0 Summa Halland Skåne SUMMA VÄSTKUSTEN hektar styck GWh 5.1Logistiklösning Den sjöbaserade verksamheten möjliggör fördelar i form av låga transportkostnader och ringa grad av miljöpåverkan för transport av substrat in till land. En viktig del i kedjan är att avvattning bör ske i omedelbar anslutning till skörd, för att minska andelen vatten som transporteras. Avvattning kan göras relativt enkelt vid skörd i större skala, antingen genom filterpress eller med en centrifug/deanter. Man kan relativt enkelt uppnå en avvattning på 70 % av våtvikten. Enligt de norska forskare som undersöker ascidieodling för etanolproduktion har de uppnått avvattning på 95 % genom att filtrera två gånger med pressfilter samt mixning där emellan. 33

34 Vid hittills gjorda försök i tonkvantiteter har avvattning gjorts genom att låta den skördade biomassa rinna av ( gravitation ) ur en big bag. Redan med detta enkla förfarande har torrhalten kunnat ökas från 5 till ca 10 %, dvs att hälften av vattnet försvann utan energiåtgång. När biomassan skördats och avvattnats sker transporten in till lämplig lossningsplats. I det optimala fallet finns då en rötningsanläggning i anslutning till lossningsplatsen så att biomassan kan pumpas till rötningsanläggningens lagringstankar. Ska substratet rötas i en större samrötningsanläggning måste biomassan eller slurryn transporteras med lastbilstrailer. Normalt lastas ton slurry per fordon. Det är viktigt att det är en pumpbar slurry så att lastning och lossning kan ske utan att behöva använda andra fordon som hjullastare. För detta krävs en torrhalt lägre än ca 15%. 5.2Användning av rötrester Distributionen av biogödsel från rötning av ascidier tillsammans med andra substrat förutsätts fungera likvärdigt som normal biogödsel, vilken är pumpbar och har normalt en TS-halt på runt 5 %. Vid rötning omvandlas en del av det organiska kvävet till NH4-N. Den biogödsel som lantbrukarna får tillbaka är därför ett effektivare gödselmedel jämfört med stallgödsel. En annan fördel med biogödsel är att luktproblemen reduceras vid hantering och spridning av biogödsel, jämfört med stallgödsel, vilket kan uppfattas som ett problem i befolkningstäta områden. Spridningskostnaden idag ligger på lantbrukssidan och förväntas göra så även framledes. Däremot ökar andelen växtnäringsämnen i rötresten och det kan påverka värdet av biogödseln. I samband med ett referensprojekt skall ett visst antal jordbrukare kontrakteras för att säkerställa att rötresterna får en avsättning under projektet. 5.3ABP-förordningen Det är fortfarande inte helt klart om ascidierna behöver hygieniseras innan eller efter rötning, enligt förordningen om animaliska bi-produkter, ABP-förordningen. Förfrågningar hos engelska, norska och danska myndigheter har givit svaret att det inte skall ställas krav på hygienisering. Svenska myndigheter har ännu inte svarat, men bedömningen är att de kommer att följa rekommendationer från de engelska myndigheterna. Kostnadsmässigt slår detta framför allt på driftskostnaderna, vilka kan variera beroende på den lokala energikostnaden vid en anläggning. I vissa fall kan spillvärme nyttjas och då kan kostnaden reduceras. 34

35 6 Kostnadskalkyler I detta avsnitt görs preliminära kostnadskalkyler för olika produktionsvolymer i stor skala. Kalkyler för ett mindre demonstrationsprojekt återfinns i avsnitt 11. Kalkylerna har gjorts för tre olika storlekar på odlingar: Tabell 9 Tre möjliga scenario för storskalig ascidieodling. Alternativ Ton biomassa/år ( TS 5% ) Produktion Biogas GWh/år A ,13 B ,4 C ,3 Samtliga fall baseras på att man odlar med long line metoden i ett antal riggar om 15x200 m. Kostnader för odling, skörd och transport av Ciona Intestinalis kan skattas utifrån etablerad teknik för musselodling. Odlingsförfarandet är i det närmaste identiskt som för musselodling, men med en stor skillnad. Vid odling av Ciona Intestinalis för biogasproduktion kommer det att krävas betydligt högre skördehastigheter än vid musselodling. Vid musselodling är det betydligt mindre kvantiteter som skördas och där måste man behandla musslorna varsamt för att undvika krossade skal som innebär kassationer. I normala fall ligger andelen kassationer relativt högt, ca 20-40% av den skördade mängden kan ej användas till livsmedel. Odling av Ciona intestinalis för biogasproduktion ställer inte samma krav på varsam hantering. Här gäller istället att kunna uppnå effektivitet i materialhantering och komma upp i betydligt högre skördekapaciteter än i fallet med musselskörd. Som jämförelse kan nämnas att den totala skörden av musslor i Sverige för livsmedelsproduktion uppgår till ca 2000 ton/år. Odling av Ciona för biogasproduktion innebär betydligt större volymer. För produktion av biogas på nivån 10 GWh/år krävs det skörd av ca ton Ciona intestinalis i våt vikt. Idag finns ej färdigutvecklad utrustning för att skörda Ciona i höga hastigheter. Ett mindre utvecklingsarbete kommer att krävas för att öka skördehastigheten. Kostnadsmässigt bedöms det ej medföra någon stor påverkan på totalkalkylen, där investeringskostnaden domineras av odlingsutrustning och investering i båt. För mindre testodlingar har befintlig skördeteknik för musselodling använts och då har skördekapaciteter motsvarande ca 100 ton/dygn uppnåtts utan några modifieringar. För försöks- och teständamål är detta fullt tillräckligt, medan när större system skall skördas kommer det att finnas behov av smärre utveckling. 6.1Utsättning odlingsutrustning I kostnadsberäkningarna ingår ej något förbehandlingssteg för settling av larverna på odlingsbanden. Detta sker spontant, men kommer att kräva utsättning vid rätt tid då larverna till Ciona intestinalis är mogna att fästa på ytor. I full industriell skala är det tänkbart att man 35

36 bör komplettera detta förfarande med en kontrollerad ympning med larver av Ciona intestinalis på odlingsbanden. I kostnadsberäkningarna är kostnaden för skörd (båt + personalkostnader) den dominerande faktorn. Kapacitetsutnyttjandet blir då avgörande för den specifika skördekostnaden och för projektets totala lönsamhet. För mindre odlingsvolymer som är aktuella för ett demonstrationsprojekt finns det stora möjligheter att samverka med etablerade musselodlare. I de flesta fall har deras båtar mycket låg utnyttjandegrad. Basen för kalkylerna är hämtad från uppmätta produktionsdata. En rigg om 15 x 200 m med dubbel bandlängd och två skördar per år, förväntas kunna producera 2880 ton våtvikt per år. Det bör noteras att detta är uppmätta värden som inte nödvändigtvis gäller för alla odlingsplatser. Bl.a. kan djupet på odlingsplatsen begränsa bandlängden per rigg. Det påverkar framför allt den yta som måste tas i anspråk för odlingen. En viss kostnadsökning kan förväntas om samma odlingsvolym måste delas upp på flera grundare riggar (kan t.ex. ge mindre effektiv skördeprocess). Det faktum att vi arbetar med biologiska system gör förstås även att vi kommer att ha variationer i produktionen. Dessa uppskattas till +/- 15% och kommer sig främst av naturliga variationer i årets larvproduktion och konkurrensen med andra organismer vid det tillfället. Vidare bör det finnas sjukdomar av olika slag som kan slå ut eller reducera delar av beståndet. För att minska risken för utebliven produktion skall kommande system innefatta en överproduktion av ascidier samt att odlingen sprids på flera lokaler. I kalkylerna har kostnaden för en odlingsrigg inklusive utsättning satts till kr per rigg. Denna kostnad får anses vara relevant för ett system med stor odlingsvolym (>50 riggar), och då utsättningen görs med egen båt och personal. För mindre testsystem kan det vara lämpligt att köpa tjänsten från musselodlare. I det fallet kommer kostnaden att hamna på ca kr/rigg. Kostnaden för utsättning kommer självklart att variera beroende på odlingsplats. När väl utrustningen är på plats och Ciona etablerat sig på odlingsbanden är systemet ej speciellt krävande ur underhållssynpunkt. Viss tillsyn, bl a av markeringsutrustning, och etablering behövs göras. I kalkylen har underhåll och skötsel satts till en schablon om 5 % av kapitalkostnaden. Detta förutsätter att odlingen sker i skyddade vatten. I utsatta lägen kan storm och isläggning vålla problem och då kräva betydligt större resurser för att upprätthålla odlingen. 6.2Skörd Skördekostnaderna består i huvudsak av investeringskostnader i båt och skördeutrustning, samt personalkostnader. I kalkylen har en investering i båt och modifiering av skördeutrustning uppskattats till Kapitalkostnaden landar då på ca kr/år I kalkylen beräknas personalkostnaden utifrån en bemanning om en styrman plus en person. Totalt tre personer. Avvattning av den skördade biomassan är tänkt att ske direkt på skördebåten. I investeringskalkylen har avvattnings- och sönderdelningsutrustning inkluderats i investering 36

37 och ombyggnad av båt. Upp till 70 % av våtvikten reduceras vid avvattningen, vilket motsvarar en torrhalt på ca 15 %. Vi förutsätter att slurryn är pumpbar vid 15 %. Kostnaderna för avvattning består av kapitalkostnad för investering, drift och underhåll. Kapitalkostnaderna ingår i skördekostnaderna. Drift och underhåll är mycket små i sammanhanget och ingår i övriga kostnader. Övriga årliga kostnader för odling, skörd och transport till hamn för lossning innefattar försäkringar, tele, administration, del i overheadkostnader och övriga kostnader Transport Skördefartyget ansluter till hamn. I vissa hamnar längs västkusten finns det avloppsreningsverk. Det är fullt möjligt att pumpa biomassa till en mottagningstank vid ARV. Ska substratet rötas i en större samrötningsanläggning måste biomassan eller slurryn transporteras med lastbilstrailer. Normalt lastas ton slurry per fordon. Det är viktigt att det är en pumpbar slurry så att lastning och lossning kan ske utan att behöva använda andra fordon som hjullastare. För hög TS-halt innebär att biomassan inte kan pumpas, vilket kan påverka hanteringskostnaderna negativt. Det innebär också att biomassan måste spädas ut med vatten innan rötning. Enligt vår bedömning är det mest optimala att ha en pumpbar slurry för att reducera hanteringskostnaderna, både vad gäller avvattning, transport och spädning. Kostnadsberäkningarna nedan bygger på en pumpbar slurry med en TS-halt på runt 15 procent Rötning och uppgradering Rötningen sker med traditionell våtrötning enligt tidigare beskrivning. Vi kan skilja på två olika fall: 1. Rötning i ny anläggning ( nyinvestering ) 2. Rötning i existerande anläggning För demonstrationsändamål och mindre produktionsvolymer är det ekonomisk fördelaktigt om en befintlig anläggning kan utnyttjas. Idag finns överkapacitet på flera rötningsanläggningar. Den största identifierade överkapaciteten är på Ryaverken i Göteborg, där man har två parallella rötningsanläggningar med en kapacitet om 60 GWh/år. Anledningen är att man önskar stor tillgänglighet i rötningssteget så att ett eventuellt stopp i rötningsprocessen inte stoppar upp avloppsreningen i stort. I kalkylen finns både drift- personal och kapitalkostnader medtagna. I det fall rötningen görs i en redan befintlig anläggning kan den extra marginalkostnaden motsvara driftskostnaden i kalkylen. Rötningsanläggningen antas ej ha ett hygieniseringssteg ( se tidigare avsnitt ), samt biogasen antas uppgraderas i ett reningssteg till fordonsgas Distribution av rötrester Distributionen av biogödsel från rötning av ascidier tillsammans med andra substrat förutsätts vara samma som för införsel av ascidier. Biogödseln är pumpbar och har normalt en TS-halt på runt 5 %. 37

38 Vid rötning omvandlas en del av det organiska kvävet till NH4-N. Den biogödsel som lantbrukarna får tillbaka är därför ett effektivare gödselmedel jämfört med stallgödsel. En annan fördel med biogödsel är att luktproblemen reduceras vid hantering och spridning av biogödsel, jämfört med stallgödsel, vilket kan uppfattas som ett problem i befolkningstäta områden. Biogödselns växtnäringsvärde bedöms dock ligga på omkring 50 kr/ton med aktuell substratfördelning och nuvarande priser på handelsgödsel. Hanteringskostnad (transport, spridning, markpackning) av biogödsel bedöms vara kring kr/ton och därmed återstår ett värde på cirka 10 kr/ton. Hushållningssällskapet i Bohuslän har genomfört odlingsförsök med biogödsel baserat på ascidier och matavfall. Enligt denna studie erhölls en något lägre skörd (ton/ha) jämfört med konventionell gödsling, men skillnaderna är små. I princip tycks gödsling med rötrest från ascidier inte ha någon negativ effekt på odlingen, men studier krävs för att verifiera denna slutsats. Tabell 10 Resultat av rötningsförsök. Från Olrog, Christensson och Norén Kostnadskalkyl för odling och skörd Antaganden: Maximalt 250 skördedagar/år per båt. Varje rigg kan skördas två gånger per år och ge en biomasseproduktion om 2880 ( 5% TS ) ton/år. 50% av TS utgörs av VS. Biogasproduktionen uppskattas till 300 Nm3/ton VS För att skörda en rigg tar det 1,5 dag. Kapitalkostnaden beräknas med en annuitetsfaktor på 9,63 % ( 15 års avskrivning och 5% ränta ) 38