FÖRNYBAR ENERGI FRÅN ORGANISKT AVFALL

Transkript

1 FÖRNYBAR ENERGI FRÅN ORGANISKT AVFALL

2 FÖRORD Vårt samhälle skall bli ett kretsloppssamhälle - ett uthålligt samhälle. Ett kretsloppssamhälle bygger på att jorden inte utarmas på resurser. I detta perspektiv kommer biogas att spela en större roll än i dagens samhälle. Svenska Biogasföreningen arbetar på olika sätt för denna utveckling. Syftet med skriften som Du nu håller i Din hand är att ge en översiktlig bild av en fascinerande värld där mikroorganismer står för produktionen och människorna för tillvaratagandet. Vi vill väcka intresse för biogasens möjligheter. Samtidigt hoppas vi att Du vill öka Dina kunskaper och delta i att främja utvecklingen av biogas som energikälla. Vi hälsar Dig välkommen i denna biogasvärld. Biogasföreningen står gärna till tjänst med ytterligare kunskap. Ett medlemskap i föreningen ger Dig tillgång till mer information. Ronald Svensson Ordförande Svenska Biogasföreningen Denna broschyr utgör en omarbetning av skriften Biogas eller vad man kan göra av ruttna äpplen (E. Norin 1998), som tidigare utgivits av Svenska Biogasföreningen. Broschyren kan beställas hos Svenska Biogasföreningen. Adressen finner du på omslagets baksida. Författare: Åsa Jarvis, SLU, Uppsala. Produktion: GLN Reklambyrå AB, Malmö. Layout: Ringsberg & Co Reklambyrå AB, Malmö. Följande personer och företag har bidragit med bildmaterial: BioMil, DeponiGasTeknik, Fordonsgas Väst, Ola Fredriksson, Katarina Hansson, Ole Jais, Åsa Jarvis, Håkan Lindgren, Livsmedelsverket, Göran Lundkvist, Naturfotograferna, Åke Nordberg, Nordvästra Skånes Renhållnings AB, Brian Ogle, Anna Schnürer, Svenska Renhållningsverksföreningen, Svensk Biogas, Svenskt Gastekniskt Center, Kalle Svensson, Sydkraft Gas, Tekniska Verken i Linköping, Peter Undén, Jóhann Örlygsson med flera. Flera av Svenska Biogasföreningens medlemmar har bidragit med material och synpunkter. Tack alla! 2

3 BIOGAS NATURLIG ENERGI Biogas bildas när mikroorganismer, främst bakterier, bryter ner organiskt material i frånvaro av luftens syre. Denna biologiska omvandling av växt- och djurrester sker naturligt i många ekosystem där syretillförseln är begränsad, till exempel i våtmarker, sjösediment, risodlingar och i magen på idisslare. I dagens samhälle produceras stora mängder organiskt avfall som behöver behandlas på ett eller annat sätt innan det återförs till naturens kretslopp. Organiskt avfall kan till exempel vara slam från avloppsreningsverk, matavfall från hushåll, storkök, butiker och restauranger, processvatten från livsmedelsindustrin med mera. I en biogasprocess utnyttjas mikroorganismernas naturliga förmåga att bryta ner sådant material till en näringsrik slutprodukt som kan användas som gödningsmedel. Samtidigt bildas biogas, vars huvudbeståndsdel metan är mycket energirik. Människan har sedan lång tid kunnat utnyttja energin i denna gas för olika ändamål. Ett vanligt användningsområde är värme- och elproduktion. Biogasen kan också renas till fordonsbränsle och utgör då ett mycket miljövänligt alternativ till diesel och bensin. Denna skrift handlar huvudsakligen om hur biogas kan produceras och användas under kontrollerade förhållanden. Samtidigt bör man komma ihåg att bildandet av biogas i de naturliga systemen är betydligt större än den som vi människor avsiktligt åstadkommer. Biogas bildas naturligt i många ekosystem där syretillgången är begränsad, till exempel i vattenmättad mark. När växtmaterial omsätts i idisslarens mage bildas också biogas. 3

4 BIOGAS- PROCESSEN Biogas bildas som ett resultat av rötning, det vill säga biologisk omsättning i helt syrefri (anaerob) miljö. Den organiska slutprodukt som bildas brukar kallas rötrest eller biogödsel. Den är rik på växtnäring och dess höga innehåll av organiskt material, det vill säga mull, gör den också till ett utmärkt jordförbättringsmedel. Detta är särskilt värdefullt för jordar med låg mullhalt eller dålig struktur, exempelvis kompakta lerjordar. Rötresten kan ersätta stallgödsel i kreaturslösa lantbruk och därmed minska behovet av konstgödsel. Detta kan vara särskilt viktigt vid ekologisk odling där konstgödsel inte får användas. Biogasen består till största uppvärmningen, den så kallade växthuseffekten, anses numera som ett mycket angeläget problem och utsläppen av växthusgaser bör minimeras. Utnyttjandet av biogas bidrar inte till den ökande växthuseffekten på samma sätt som vid förbränning av fossila bränslen, till exempel kol, olja och naturgas, vilka alla hämtas upp ur jordens inre. ORGANISKT AVFALL BLIR NÄRING OCH ENERGI Biogasprocessen har använts i människans tjänst i över 100 år och tekniken förbättras ständigt för att passa in i vårt moderna samlas numera till största del in och kan komma samhället till nytta. Det är inte bara avfall som kan rötas för utvinning av biogas. Bland annat planeras nu rötning av lantbruksgrödor som ett sätt att bidra till energiförsörjningen i vissa regioner. Även gödsel från till exempel svin och nötdjur kan behandlas i biogasprocesser för utvinning av metan. Den färdigbehandlade produkten blir ett näringsrikt gödningsmedel som ocksåär mer hanterbart och hygieniskt samt luktar mindre än den färska gödseln. Utsläppen av ammoniak och metan till atmosfären minskar om gödseln rötas i slutna behållare istället för att lagras och hanteras EN VIKTIG LÄNK I KRETSLOPPET Biogasprocessen utgör en viktig länk mellan konsumtion och produktion i ett samhälle där näring och energi ska tas tillvara på ett långsiktigt och hållbart sätt. En anledning till att utnyttja växtnäringen i avfallet är att användningen av konstgödsel då kan minska. I ett uthålligt och resurssnålt samhälle ingår avfallshanteringen i ett kretslopp, där organiskt material och näringsämnen som kväve, fosfor och kalium hela tiden återförs till produktiv mark. Samtidigt bildas biogas som en värdefull biprodukt. Markens näring tas upp i växande grödor via rötterna. En del växter används direkt som människoföda, medan andra blir bete eller foder åt djuren. Näringen och energin lagras då i till exempel kött, smör eller ägg från djuren. En del av energin och näringen i maten kommer dock inte till användning, utan blir kvar i avfallet som sorteras ut och slängs från hushåll, storkök och restauranger med mera. I ett kretsloppssamhälle kan näringen i det organiska avfallet åter komma produktiv mark tillgodo. Biogasprocessen utgör ett miljövänligt alternativ för en sådan återföring av näring till marken via den biogödsel som bildas. Näring från till exempel åker eller fruktträd överförs till oss via den mat vi äter. I födan finns också mycket energi, till exempel i form av kolhydrater och fetter, som vi kan tillgodogöra oss. I en biogasprocess bryter mikroorganismerna ner det organiska materialet i avfallet till enkla föreningar. Detta sker helt anaerobt, det vill säga utan kontakt med luftens syre. Näringen koncentreras i rötresten, medan nästan all energi lagras i slutprodukten metan. I SAMHÄLLET Ett mycket vanligt användningsområde för biogasen är att utnyttja dess energi för uppvärmning av lokaler eller för produktion av kraftvärme. Det senare innebär att både el och värme bildas. delen av metan och koldioxid. Metan, som är en mycket energirik förening, är också huvudbeståndsdelen i naturgas. Vid förbränning av metan bildas huvudsakligen koldioxid och vatten. När biogasens metan förbränns ger detta ändå inget nettotillskott av växthusgasen koldioxid till atmosfären, eftersom kolet i biogasen härstammar från luftens koldioxid som bundits in i växterna via fotosyntesen. Detta kol är redan i omlopp i naturen ovanför jordskorpan, och biogasen räknas därför som en förnybar energikälla. Klimatförändringar till följd av den globala samhälle. Detta påskyndas inte minst av att det från och med år 2005 inte är tillåtet att deponera, det vill säga dumpa, biologiskt nedbrytbart avfall. Biogasprocessen utgör här ett intressant alternativ, där man under kontrollerade förhållanden kan styra den biologiska nedbrytningen, så att all den näring och energi som finns i materialet tas tillvara. Avfallet kan därmed betraktas som en resurs, som efter den biologiska behandlingen blir till näringsrik gödsel och förnybar, miljövänlig energi. Även den biogas som bildas i redan etablerade avfallsupplag, så kallade deponier, Den biogas som bildats ur avfallet kan efter behandling också utnyttjas som fordonsgas. Avgaserna är renare än vid dieseldrift vilket är särskilt fördelaktigt vid körning i stadstrafik. på konventionellt sätt. Det vanligaste användningsområdet för biogas är som energikälla vid värme- och elproduktion. Biogasen kan också efter viss behandling föras ut på det allmänna gasnätet, vilket öppnar för flera nya användningsområden. Biogasen klassificeras som vårt renaste drivmedel för fordon och kan, liksom naturgas, användas som fordonsbränsle. Antalet tankställen som tillhandahåller sådan fordonsgas ökar nu med utgångspunkt från södra och västra Sverige. Biogasprocessen passar väl in i kommunernas miljömålsarbete, där energiplanering, kollektivtrafik, omhändertagande av organiska restprodukter, jordbrukets och samhällets miljöpåverkan samt samverkan mellan stad och land utgör viktiga bitar. Biogasprocessen förväntas därför få ökad betydelse för tillvaratagande och utnyttjande av näring och energi i vårt framtida samhälle. 4 5

5 FAKTA HISTORIA Människan har utnyttjat bakteriers förmåga att omvandla organiskt material till biogas ända sedan andra hälften av 1800-talet. Till pionjärerna räknas bland annat Kina och Indien, där biogas bildad ur gödsel och matrester sedan länge använts till matlagning och belysning. I Sverige har biogas producerats i landets avloppsreningsverk sedan 1960-talet. Från början var motivet främst att reducera slamvolymerna talets två oljekriser kom dock att fungera som en väckarklocka och stimulerade såväl forskning och utveckling som direkta utbyggnader av biogasprocesser. Syftet var nu att minska oljeberoendet och miljöproblemen. Först ut i denna utveckling var industrin, där sockerbruk och massafabriker började använda biogasprocessen för rening av processvatten under och 1980-talen. Under samma tid byggdes också ett antal mindre gårdsanläggningar på lantbruk för rötning av gödsel. På 1980-talet började man på många platser i landet utvinna biogas från avfallsdeponier, en verksamhet som kraftigt ökade i omfattning under 1990-talet. Sedan mitten av 1990-talet har flera nya biogasanläggningar som behandlar diverse organiska material byggts. I dessa rötas avfall från till exempel livsmedelsindustrier och slakterier samt matavfall från hushåll, storkök och restauranger.

6 BIOGAS FÖR PR AV VÄRME OCH Lokalt producerad biogas används ofta för uppvärmning av bostäder och andra lokaler i anläggningens närhet. Det som ger biogasen energivärde är dess innehåll av metan. Gasen har därmed stora likheter med naturgas, vilket gör att dessa bränslen kan utnyttjas på ett likartat sätt. Biogasen måste dock uppgraderas, det vill säga renas från koldioxid, för att nå naturgaskvalitet. När biogasen används direkt för värme- och elproduktion är förbehandlingen av gasen relativt enkel och koldioxid behöver ej avlägsnas. PRODUKTION AV VÄRME Värmeproduktion är det i särklass enklaste och också det vanligaste användningsområdet för biogas. Det krävs normalt ingen annan förbehandling än avskiljning av vatten för att utnyttja gasen för detta ändamål. Värmepannor finns på de flesta biogasanläggningar i landet, där gasen oftast utnyttjas för uppvärmning av närliggande lokaler och bostäder. Förutsättningar för god ekonomi uppnås om lagringsbehovet och transportsträckan för gasen kan begränsas samtidigt som olja ersätts vid förbränningen. Biogas är ett lokalt bränsle som i huvudsak används där det produceras, men överskottsvärme kan föras ut till externa lokaler antingen direkt via gasledning eller indirekt via fjärrvärmenät. I ett större fjärrvärmenät finns det goda förutsättningar för att kunna använda gasen som en del av den totala värmeleveransen året om. I mindre anläggningar är det däremot vanligt att en viss del av biogasen måste facklas, det vill säga brännas bort, sommartid då värmebehovet är begränsat. ODUKTION EL PRODUKTION AV KRAFTVÄRME Biogas kan också användas för kraftvärmeproduktion, det vill säga i anläggningar som producerar både värme och el. Detta är ett effektivt sätt att utnyttja energin i gasen. Liksom vid enbart värmeproduktion måste gasen dräneras på vatten eller torkas innan användning. Dessutom måste den renas från stoft och eventuellt vissa korrosiva komponenter som svavelväte och klorerade kolväten. Vid många av landets biogasanläggningar produceras el i gasmotordrivna generatorer. För detta ändamål används i Sverige framförallt så kallade Ottomotorer, vars princip är att gasen komprimeras med hjälp av cylinderkolvar för att sedan antändas med tändstift. Fördelningen mellan bildad el och värme beror på anläggningens utformning, men normalvärden är cirka 35 % el och 65 % värme baserat på en total verkningsgrad, det vill säga andel nyttiggjord energi i förhållande till tillförd energi, på cirka 90 %. ETT RENT OCH EFFEKTIVT BRÄNSLE Metan brinner med en ren och klar låga, vilket gör att värmepannor och annan utrustning inte smutsas av sot och slagg. Detta medför förutom renare arbetsmiljö även minskat slitage på anläggningen. Dess livslängd ökar vilket i sin tur innebär lägre kostnader för drift och underhåll. Dessutom är de miljöskadliga utsläppen av till exempel svavel och tungmetaller försumbara. Den energi som från början fanns i hushållens avfall kan komma till förnyad nytta, till exempel som energi i köket. Att i samma anläggning producera både el och värme, så kallad kraftvärme, innebär att energiinnehållet i bränslet utnyttjas optimalt. Metan brinner med en ren och klar låga. Utrustningen smutsas inte av sot och slagg. Minskade utsläpp av partiklar och kolväten innebär också positiva hälsoeffekter, eftersom färre allergi- och cancerframkallande ämnen kommer ut i luften, jämfört med om kol eller olja förbränns. Biogasen är också ett effektivt bränsle. Eftersom det befinner sig i gasform från början kan man vid förbränningen blanda in luft med större precision än vad som är möjligt vid förbränning av fasta eller flytande bränslen. Därmed uppnås en mer fullständig förbränning. Biogasens låga innehåll av svavel tillåter en låg avgastemperatur, vilket ger hög verkningsgrad. Vid förbränning av mer svavelrika bränslen, som kol och olja, måste avgastemperaturen hållas högre för att undvika att svavel fälls ut som svavelsyra och orsakar skador på avgaskanal och skorsten. Den högre temperaturen gör då att en del av energin går förlorad. EKONOMISKA STYRMEDEL Biogas är sedan 1995 generellt befriad från energiskatt. Dessutom är biogasen sedan 1 april 2004 berättigad till elcertifikat. Detta är ett bevis som innehavaren av en anläggning som producerar förnybar el får av staten för varje megawattimme el som produceras. Certifikaten kan säljas till elanvändarna via elleverantörer och ger elproducenten en extra intäkt. Detta ger biogasen en konkurrensfördel gentemot icke förnybara energikällor som olja, kol och naturgas. Information om elcertifikat finns på Energimyndighetens hemsida, 7

7 FAKTA BIOGASENS EGENSKAPER Beroende på produktionsförutsättningarna består biogas av % metan (CH 4 ) och % koldioxid (CO 2 ). Dessutom förekommer bland annat svavelväte (H 2 S), ammoniak (NH 3 ) och kvävgas (N 2 ) i små mängder. Biogasen är oftast mättad med vattenånga. Metan framställd på konstgjord väg, till exempel ur träbränsle genom så kallad termisk förgasning, kallas ibland felaktigt för biogas. Detta är också förnybar metan, men behandlas ej i denna skrift. Mängden eller volymen biogas brukar anges i enheten normalkubikmeter (Nm 3 ). Med detta menas volymen gas vid 0 C och atmosfärstryck. Gasens energivärde uttrycks vanligen i enheten joule (J) eller wattimmar (Wh). Ren metan har ett energivärde på 9,81 kwh/nm 3 (9810 Wh/Nm 3 ). Beroende på fördelningen mellan metan, koldioxid och andra gaser varierar den råa biogasens energivärde mellan 4,5 och 8,5 kwh/nm 3. Både metan och koldioxid är luktfria gaser. Om rå biogas luktar är det oftast på grund av dess innehåll av olika svavelföreningar. Biogas kan antändas vid koncentrationer på cirka 5-20 % i luft, beroende på aktuell metankoncentration. Metan är lättare än luft medan koldioxid är tyngre. Detta är fördelaktigt ur säkerhetssynpunkt, eftersom metan lätt stiger uppåt och snabbt späds ut i luften.

8 Redan på 1940-talet togs de första stegen till att utnyttja biogas till fordonsdrift i Sverige. Biogasen samlades upp från till exempel rötad gödsel och användes sedan som bränsle i de fordon som också kunde köras på gengas, en gasblandning som bland annat innehöll kolmonoxid och vätgas och som erhölls vid ofullständig förbränning av träkol. Under senare år har biogas börjat användas som fordonsbränsle i större skala. Sverige är idag (2004) det land som ligger längst fram i denna utveckling. FÖRBEHANDLING AV GASEN Fordonsdrift kräver relativt stora insatser på behandlingssidan. För det första måste energivärdet höjas genom uppgradering, det vill säga avskiljning av koldioxid. Även vatten och föroreningar som kan vara korrosiva eller miljö- och hälsoskadliga, till exempel svavelväte tas bort. Partiklar måste också avlägsnas så att mekaniska störningar inte uppstår. Slutligen krävs att gasen komprimeras, det vill säga trycksätts, innan användning. Att producera drivmedel ur biogas är därför i initialskedet relativt kostsamt, eftersom det kräver både behandlingsanläggningar och en fungerande infrastruktur med tillräckligt många gasfordon och tankningsställen. Biogasens miljöfördelar gör ändå att detta bränsle ökar i betydelse. Dess miljöfördelar utnyttjas dessutom maximalt när det används som ersättning för bensin eller diesel till fordonsdrift. En statlig utredning (Alternativbränsleutredningen SOU 1996:184) har utnämnt biogas till det mest miljöanpassade drivmedlet i konkurrens med bland annat el, etanol och rapsmetylester. Sopbilar kan köras på det gasformiga bränsle som har sitt ursprung i det organiska avfall de själva transporterar. FORDONSTEKNIK Fordonstekniken är densamma som för naturgas och uppgraderad biogas kan tankas tillsammans med naturgas. Personbilar som kan köras på biogas och naturgas är så kallade tvåbränslebilar (bi-fuel), det vill säga de är utrustade med två separata tankar för bensin respektive gas. Samma motor används för båda bränslena och bilen kan lätt kopplas om till bensindrift om gasen skulle ta slut. Detta är en fördel då antalet tankställen med gaspump fortfarande är begränsat. De flesta modeller startas på bensin och slår automatiskt över till gasdrift efter några sekunder. Tunga fordon som bussar och lastbilar byggda för gasdrift är däremot anpassade till att köra enbart på detta bränsle. Vid gasdrift används alltid ottoprocessen, vilket ger motorn något annorlunda egenskaper än när en dieselmotor används. Bland annat krävs en tyngre motor vid gasdrift och bränsleförbrukningen är något högre. Det vanligaste sättet att lagra gas i fordon är i trycktankar vid cirka 200 bars tryck. Eftersom biogasen har relativt låg densitet (volymvikt) blir tanken ganska utrymmeskrävande, men numera integreras tanken i BIOGAS SOM Än så länge är antalet tankningsställen för gas begränsat till framförallt södra och västra Sverige. Men antalet mackar som utrustas med gaspump ökar i jämn takt. fordonet på sådant sätt att den inte inkräktar på last- eller personutrymmen. Den relativt korta räckvidden för en gastank (cirka mil) gör att tunga fordon som endast kan köras på gas lämpar sig bäst för kortare körsträckor, till exempel i stadstrafik. Den första svenska personbilen för metangas lanserades år 1996, en Volvo 850 bi-fuel. Idag tillverkas gasbilar i ett flertal olika modeller. Ett gasdrivet fordon kostar i storleksordningen % mer än motsvarande standardfordon. För flera av de alternativa drivmedlen, dit biogas räknas, inför dock statsmakterna ekonomiska styrmedel till exempel i form av subventioner och lägre drivmedelsskatter, vilket kan komma att stimulera till ökad användning i framtiden. Biogasdrivna stadsbussar är tystare, luktar mindre och genererar färre miljöskadliga föroreningar än dieselbussar. Här står bussarna uppställda för nattankning. TANKNING Uppgraderad biogas för fordonsdrift kan distribueras till tankstationen via en ledning direkt från biogasanläggningen, utblandad med naturgas via gasnätet eller med hjälp av ett containersystem där trycksatt biogas fylls på i flak som byts ut när gasen tar slut. Tankningen går lika snabbt som vid tankning av bensin eller diesel. För bussar i stadstrafik finns även tankstationer avsedda för så kallad långsamtankning, vilka har lägre investeringskostnad eftersom de ej behöver ha så stor kompressorkapacitet. Tankningen tar här 5-20 timmar och sker oftast nattetid. De allmänna tankställen som tillhandahåller fordonsgas ligger ännu så länge tätast i södra och västra Götaland, men nya tankstationer byggs påflera håll i landet. Antalet biogasbilar som rullar på våra vägar ökar i takt med att fler och fler mackar utrustas med gaspump. En aktuell förteckning över olika tankställen för gas i Sverige kan hämtas från Miljöfordons hemsida, FORDONSBRÄNSLE 8 Biogasbilar tillverkas idag i flera olika modeller, här exemplifierat med en Ford Transit. 9

9 FAKTA ETT RENT OCH SÄKERT FORDONSBRÄNSLE Utsläppen av stoft och partiklar i miljön är försumbara vid gasdrift. Avgaserna innehåller heller inte föroreningar som bensen eller toluen. Avgaserna luktar mindre och gasmotorn är tystare samt vibrerar mindre än en dieselmotor, vilket gör att bullret minskar. Detta är inte minst viktigt vid körning med tunga fordon i stadstrafik. Emissionerna av kolmonoxid, kolväten, svavelföreningar och kväveoxider är lägre än vid bensin- och dieseldrift. Stränga krav på de traditionella drivmedlen tillsammans med förbättrad motorteknik bidrar till att utsläppen även från bensin- och dieseldrivna fordon nu minskar. När det gäller klimatpåverkan har dock biogasen en klar fördel eftersom förbränningen av denna inte ger något tillskott av växthusgaser till atmosfären. Metan är ett säkrare drivmedel än bensin och diesel eftersom gasen inte är giftig och lättare än luft. Om ett läckage skulle uppstå stiger gasen snabbt uppåt och späds ut i den omgivande luften. Gastankens robusta konstruktion gör dessutom att den tål betydligt mer påfrestningar än en konventionell bensintank.

10 EN ENERGIGAS MED MÅNGA människor, växter, maskiner med flera föremål i lokalen. Detta ger en effektiv och snabb uppvärmning med minskade kostnader som följd. I varmare länder, som till exempel Kina och Indien är behovet av uppvärmning begränsat och lokalt producerad biogas från små jordbruk och reningsverk används framförallt till belysning och matlagning. Infravärmen i växthuset kan tillverkas ur miljövänlig biogas. Biogas kan dessutom utnyttjas för koldioxidgödsling av växterna. Biogas är ett utmärkt bränsle i gasspisar. De professionella kockarna lagar alltid mat över öppen låga, eftersom temperaturen kan fininställas mycket mer exakt än vad som är möjligt med en elplatta. ANVÄNDNING AV BIOGAS I INDUSTRIN Många industrier, som sockerbruk, brännerier, mejerier och pappersbruk, genererar processoch spillvatten som kan rötas i en biogas- Metangasen kan användas för belysning i gaslampor. Biogas räknas till energigaserna, ett samlingsnamn för gaser med högt energiinnehåll som utnyttjas som bränslen. Hit räknas också naturgas, gasol, stadsgas och vätgas. Energigaserna har många tekniska och miljömässiga fördelar jämfört med fasta och flytande bränslen, varför användningen av gasformiga bränslen förväntas öka i framtiden. Metanmolekylen (CH 4 ) som finns i biogas och naturgas är det enklaste av alla kolväten Biogas kan ge brasvärme. Bilden visar en gasspis med konstgjorda vedklabbar. i naturen. Det höga innehållet av väte i förhållande till kol ger vid förbränning betydligt mer vatten och mindre koldioxid än vid förbränning av mer komplexa kolväten som kol, olja och fasta biobränslen som ved och pellets. Den koldioxid som bildas när biogas förbränns och blandas med luftens syre bidrar heller inte till växthuseffekten. Detta ger biogasen en miljöfördel gentemot naturgas, vars kolväten har sitt ursprung i fossilt kol. METAN EN VÄXTHUSGAS Metan är i sig en kraftfull växthusgas som absorberar infrarött ljus ännu mer effektivt än koldioxid. Om även hänsyn tas till att metan är relativt persistent (långlivad) i luftlagren såär dess verkan som växthusgas, sett ur ett hundraårsperspektiv, drygt 20 gånger starkare än koldioxid. Koldioxid är, på grund av den stora mängden som bildas vid mänskliga aktiviteter som till exempel MÖJLIGHETER Genom att föra ut biogasen på gasnätet når gasen nya kunder och användningsområden. förbränning av fossila bränslen, den gas som står för den största ökningen (mer än 60 %) av växthuseffekten. Därnäst kommer metan som beräknas bidra med drygt 20 % på grund av ökad djurhållning, större arealer som utnyttjas för risodling, läckage vid utvinning av fossila bränslen med mera. För att inte biogasens positiva miljöeffekter ska minska är det oerhört viktigt att minimera utsläppen av metan i alla led, från produktion, distribution och uppgradering till slutlig användning av gasen. GASNÄTET ÖPPNAR FÖR NYA MÖJLIGHETER I likhet med naturgas kan uppgraderad biogas föras ut på det allmänna gasnätet. Väl utbyggda gasnät fanns redan under 1800-talet i många av Europas städer. Dessa distribuerade framför allt stadsgas som användes till belysning och matlagning. Stadsgasen framställdes ursprungligen genom förgasning av kol, men tillverkas idag genom spaltning av lättbensin. Stadsgas består till största delen av vätgas, metan och koldioxid med en liten inblandning av kolmonoxid och kvävgas. Än idag finns fungerande gasnät för distribution av stadsgas, till exempel i Stockholm, men stadsgasen har nu nästan helt ersatts med andra energigaser, främst naturgas. En ökad inblandning av biogas i gasnätet medför att andelen miljövänlig eller grön gas som distribueras ut till användaren ökar. Inblandning sker idag i Göteborg, Helsingborg och Laholm. Ett annat exempel är Hammarby Sjöstad i Stockholm där biogas som produceras ur avloppsvattnet används Metangas kan användas för torkning av papper, till exempel genom infravärme. som bränsle i lägenheternas biogasspisar, genom distribution i ett separat gasnät. I och med spridningen via gasnätet öppnar sig ocksåflera nya möjligheter för biogasen som, liksom naturgas, kan användas som bränsle i gasspisar, kaminer, stekhällar, bakugnar, bastuaggregat och för uppvärmning av varmvattenberedare med mera. Eftersom koldioxid bildas när metan förbränns kan detta utnyttjas för koldioxidgödsling i växthus. Metangasen passar också bra för uppvärmning av växthus med infravärme. Andra lokaler som lämpar sig för infravärme är sådana som har hög luftomsättning eller bara tillfällig användning, till exempel lagerlokaler, altaner och uteplatser. Dessa är lämpliga eftersom infrastrålaren inte värmer luften utan bara process direkt på plats. Detta är en fördel eftersom kravet på bland annat lokalisering annars begränsar möjligheten att utnyttja biogas mer allmänt i industrin. En annan begränsande faktor är leveranssäkerhet. Exempel på användningsområden för metangas i industrin är lokaluppvärmning, kraftvärmeproduktion, ång- och hetvattenproduktion samt uppvärmning av ugnar. I massa- och pappersindustrin kan gasen användas för torkning av papper antingen direkt via infravärme eller indirekt genom produktion av ånga

11 FAKTA ENERGIGASER Naturgas består av gasformiga kolväten som bildats för miljoner år sedan vid syrefri omsättning av organismer som växter, plankton och alger. Gasen består till cirka 90 % av metan och hämtas upp tillsammans med olja eller från separata gaskällor ur jordens inre. Naturgas är den energigas som används mest och svarar för drygt 20 % av den totala energiförsörjningen i världen. Gasol kallas också för motorgas eller LPG (Liquefied Petroleum Gas). Den består till cirka 95 % av propan (C 3 H 8 ) och framställs genom separation av tyngre kolväten från naturgas eller genom förädling av råolja. Vid ett lätt övertryck övergår gasol i vätskefas och kan därför enkelt förvaras och transporteras i flytande form. Gasol utnyttjas till fordonsdrift bland annat i Holland och Danmark, medan den i Sverige främst används för industriella ändamål. Vätgas (H 2 ) bildas naturligt vid till exempel alkoholjäsning, men kan också produceras på konstgjord väg exempelvis genom sönderdelning av vatten eller från naturgas. Vid förbränning av vätgas bildas endast vatten. Stora forskningsresurser satsas nu på utveckling av tekniker för produktion, transport och lagring för en utökad framtida användning, bland annat i bränsleceller vilka i princip fungerar som vätgasdrivna batterier.

12 I en rötkammare råder ett lågt övertryck och biogasen lämnar denna utan fläkthjälp. Därefter samlas gasen vanligen i ett lågtryckslager, till exempel en gasklocka. Syftet med lagret är att vara en buffert för utjämning av skillnader mellan aktuell produktion och konsumtion av biogas. Som tidigare nämnts måste gasen sedan renas och torkas i olika grad beroende på användningsområde. För att kunna använda biogasen som fordonsbränsle eller föra ut den på gasnätet krävs även en uppgradering till naturgaskvalitet. UPPGRADERING Uppgradering av biogas innebär att koldioxid avskiljs för att höja gasens energiinnehåll och därmed förlänga körsträckan vid fordonsdrift för en viss volym gas. Avskiljningen av koldioxid medför även en jämn gaskvalitet med avseende på värmevärde, det vill säga den energi som frigörs vid fullständig förbränning av en normalkubikmeter gas. Detta är enligt biltillverkarna en förutsättning för att minimera utsläppen av kväveoxider vid förbränningen i motorn. Vanliga tekniker för avskiljning av koldioxid avlägsnar även övriga skadliga komponenter som kan finnas i gas från en rötkammare. Trots detta är det oftast fördelaktigt att först rena gasen från vissa ämnen, som till exempel partiklar och svavelväte vid höga halter, då dessa annars kan orsaka problem med korrosion eller mekaniskt slitage i uppgraderingsanläggningen. Det finns idag fyra tekniker för uppgradering av biogas representerade på olika anläggningar i Sverige. Uppgraderad biogas måste enligt myndighetskrav tillsättas ett luktämne för att den ska kunna upptäckas vid läckage. Eftersom uppgraderad biogas fortfarande har cirka 10 % lägre energiinnehåll än naturgas måste den först tillsättas ett högre kolväte, till exempel i form av gasol, innan den kan föras ut på gasnätet. Detta ger biogasen likvärdiga egenskaper med naturgas, vilket gör att den också får samma användningsområden som denna. KVALITETSSPECIFIKATIONER I Sverige har utarbetats en kvalitetsspecifikation avseende biogas för fordonsdrift. Standarden är uppdelad i två olika biogaskvaliteter: typ A för fordon utan lambdareglering (till exempel lastbilar) och typ B för fordon med lambdareglering (personbilar). Något förenklat innebär klassificeringen att personbilar ska köras på biogas med en metanhalt på lägst 95 % medan tyngre fordon kräver lägst 96 % metan. LÅG BEHANDLING OCH DISTRIBUTION AV BIOGAS Ett högtryckslager används för att jämna ut skillnaden mellan produktion och tankning av biogas. Anläggning för uppgradering av biogas till drivmedelskvalitet, här enligt vattenskrubberprincipen. Uppgraderingen är förknippad med en relativt omfattande processutrustning. Biogasen torkas innan den används som fordonsbränsle. Bakgrunden till standarden är att man vill få jämn kvalitet på gasen mellan olika anläggningar samt kunna köra samma fordon på såväl biogas som naturgas. DISTRIBUTION När det gäller distribution av biogas är det fortfarande vanligast att gasen förbrukas lokalt i anläggningens närhet. Ofta läggs Utdrag ur svensk standard för biogas som fordonsbränsle, SS en ledning från produktionsstället till den många gånger enda förbrukaren. Ledningarna byggs i plast eftersom gastrycket är lågt. Uppgraderad biogas kan också distribueras i ett mobilt containersystem till tankstationerna. När möjligheterna nu öppnas att föra ut biogas på det allmänna gasnätet underlättas spridningen av biogasen betydligt. Sverige är sedan 1985 anslutet till det europeiska gasnätet via en rörledning som i stort sträcker sig från Malmö upp till Stenungsund (2004). Från denna stamledning finns förgreningar ut i lokala och regionala distributionsnät. Stamledningen arbetar med det högsta trycket, cirka 80 bar, medan förgreningarna distribuerar gasen med ett tryck som är lägre än i en vanlig vattenledning. Påflera orter längs denna stamledning finns biogasanläggningar som med fördel kan anslutas till gasnätet. året. En konsekvens av detta är att stora mängder biogas måste facklas bort årligen. Ett sätt att öka efterfrågan på biogasen är att distribuera ut denna i gasnätet enligt samma princip som tillämpas för grön el. Detta innebär att när man tankar en viss mängd gas vid ett tankställe räknas det av mot den mängd biogas som fylls på i systemet. Via gasnätet kan biogasen därmed nå ut till nya kunder som betalar för en ökad andel förnybar gas i systemet. Komponent Enhet Standard A Standard B Metan, CH 4 vol-% Vattenhalt mg/nm 3 < 32 < 32 Syrgas, O 2 vol-% < 1 < 1 Totalsvavel mg/nm 3 < 23 < 23 FÖRNYBAR GAS PÅ GASNÄTET Biogasanläggningarna har inte alltid en produktionsvolym som motsvarar den lokala efterfrågan, vilken varierar starkt under 13

13 FAKTA UPPGRADERINGSTEKNIKER Tryckvattenabsorption (vattenskrubber) är den vanligaste tekniken för uppgradering av biogas i Sverige. Metoden bygger på att gaser som koldioxid, svavelväte och ammoniak löser sig lättare i vatten än vad metan gör. Lösligheten för koldioxid i vatten ökar med ökande tryck och sjunkande temperatur. Pressure Swing Adsorption (PSA) är den näst vanligaste tekniken. Den separerar olika ämnen bland annat utifrån deras molekylstorlek, varför tekniken även kallas molekylsikt. Med PSA separeras koldioxid, syre, kväve och svavelväte på exempelvis aktivt kol vid olika trycknivåer. Absorption med Selexol bygger på att koldioxid, svavelväte och ammoniak löser sig i Selexol, en form av glykollösning. Metoden påminner i hög grad om tryckvattenabsorption, men Selexolmetoden är effektivare eftersom Selexol absorberar tre gånger så mycket koldioxid som vatten gör. Kemisk absorption (kemisorption) använder sig av en kemikalie till vilken koldioxid binds. Fördelen med denna teknik är att kemikalien endast absorberar koldioxid och i förekommande fall svavelväte, medan i princip inget metan avskiljs. Den uppgraderade gasen får därmed mycket hög metanhalt, cirka 99 %.

14 DEN RÖTADE RESTPRODUKTE N Ju mer av råmaterialets organiska innehåll som omsätts, desto mer biogas får man ut. Allt organiskt material går dock sällan att bryta ner inom rimlig tid. En restprodukt bildas som främst består av oorganiskt material som metaller och mineraler, ej omsatt organiskt material och nybildad biomassa, det vill säga mikroorganismer som vuxit till under processen. Rötresten är mycket näringsrik och tillför dessutom jorden ny biomassa och mullämnen. Sjukdomsalstrande organismer, tungmetaller och skadliga organiska ämnen liksom synliga föroreningar som till exempel plast får inte förekomma om produkten ska kunna användas som gödselmedel. Generellt kan sägas att förorenat råmaterial ger en förorenad slutprodukt. Noggrann källsortering är därför mycket viktig för ett lyckat resultat. OLIKA TYPER AV RESTPRODUKTER Beroende på vilket material som rötas kan innehållet i restprodukten variera avsevärt och detta blir avgörande för om den passar i lantbruket eller om den bättre lämpar sig för förbränning i ett värmeverk. Biogasanläggningarnas restprodukter kan delas in i ett antal olika kategorier. Spillvatten avser behandlat industriellt avloppsvatten som efter ett första rötningssteg vanligen behandlas vidare i ytterligare reningssteg. Innehållet i de olika spillvattnen varierar och de kan ibland behöva föras vidare till kommunala reningsverk. En noggrann källsortering av ursprungsmaterialet är mycket viktig för ett lyckat slutresultat. Jordförbättringsmedel framställs av restprodukter med höga torrsubstanshalter som blandas med matjord, sand, torv, flis, bark med mera. De flesta rötade organiska restprodukter kan, efter eventuell avvattning eller kompostering, det vill säga biologisk omsättning i närvaro av luftens syre, ingå i en jordprodukt. Jordförbättringsmedel baserade på biogödsel kan användas i odlingen, eventuellt efter att deras växtnäringsinnehåll optimerats genom tillsatsmedel. Är råmaterialet av sämre kvalitet kan produkten lämpa sig bättre som underlag vid anläggning av till exempel vägkanter eller som täckmaterial på deponier. gasformen ammoniak (NH 3 ), särskilt vid höga ph-värden. Detta måste beaktas vid hanteringen av restprodukten så att kvävet inte förloras genom ammoniakavgång. Lagring av rötresten i slutna behållare rekommenderas därför, också för att minimera risken för läckage av metan till atmosfären. Genom att sprida biogödseln direkt på marken eller mylla ner den i jorden vid spridningen kan man begränsa utsläppen av ammoniak betydligt. Genom att avvattna och blanda upp rötresten med torrt organiskt material som sågspån, bark och kvistar kan man producera ett jordförbättringsmedel som lämpar sig utmärkt för park- och trädgårdsbruk. Avloppsslam från kommunala reningsverk avvattnas vanligen efter rötningen. Detta görs för att erhålla en något torrare restprodukt som kräver mindre utrymme vid lagring och eventuell deponering. Koncentrationen av fosfor i rötslammet är ofta hög, vilket är värdefullt ur växtnäringssynpunkt. Slammets ibland relativt höga innehåll av tungmetaller har dock lett till att endast en mindre del används som gödselmedel. Biogödsel kallas den produkt som bildas vid biogasanläggningar som rötar gödsel, källsorterat organiskt avfall, lantbruksprodukter med flera relativt rena substrat. Biogödseln är avsedd för jordbruket och påminner om flytgödsel från nötkreatur och svin vad gäller växtnäringsinnehåll och konsistens. Förekomsten av föroreningar är generellt mycket begränsad. Utrustning för spridning av flytgödsel passar ofta utmärkt även för spridning av biogödsel. Deponiprodukter ligger i de flesta fall permanent kvar där de en gång deponerades i avfallsupplaget. Med nyare teknik för uppläggning av materialet kan restprodukten ibland återvinnas och utnyttjas som jordförbättringsmedel eller fyllnadsmaterial. EN KVÄVERIK PRODUKT När organiskt material omsätts i en biogasprocess bevaras alla växtnäringsämnen i slutprodukten. Organiskt bundet kväve frigörs delvis under rötningen och övergår till ammonium (NH 4+ ). Detta är i de flesta fall positivt eftersom vattenlösligt ammonium snabbt kan tas upp av växterna, medan kväve i organisk form först måste frigöras med hjälp av mikroorganismers aktivitet i marken innan det blir växttillgängligt. Ammonium övergår dock lätt i den flyktiga 14 15

15 FAKTA CERTIFIERING AV RÖTREST Sedan år 1999 finns ett certifieringssystem för rötrester och kompost. Detta har utarbetats på initiativ av Svenska Renhållningsverksföreningen (RVF) tillsammans med ett flertal andra parter. Certifieringssystemet innebär en miljömärkning och kvalitetssäkring av organiska slutprodukter från biologisk behandling av avfall. Kundernas förtroende och avsättningsmöjligheterna för produkten ökar. Certifieringen är frivillig och bygger på öppenhet mot kunden genom noggrann dokumentation och fri insyn vad gäller miljö- och kvalitetsparametrar. För att få sin produkt godkänd skall prover tas och anläggningens rutiner kontrolleras regelbundet under minst ett år, det så kallade kvalifikationsåret. Tillverkaren får också stöd och rådgivning i kvalitetsarbetet och får ta del av tillgänglig utbildning och information. Efter kvalifikationsåret kan certifikat utfärdas. Därefter görs mellan ett och två anläggningsbesök per år för att garantera en fortsatt god hantering. Besiktnings- och certifieringstjänsterna utförs av SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut. Certifieringsreglerna (SPCR 120) finns att hämta från deras hemsida, Där finns också en förteckning över de biogasanläggningar som fått sin rötrest godkänd enligt certifieringsreglerna.

16 Metanbildare tillhör mikroorganismgruppen arkéer som har mycket specifika egenskaper. Dessa kan hittas i många extrema miljöer, bland annat vid höga temperaturer som till exempel i heta källor. Metanbildare som de kan se ut vid tusen gångers förstoring i mikroskop. Här visas två olika arter av acetatutnyttjande metanbildare; Methanosaeta som bildar långa trådar och Methanosarcina som växer klumpvis. Anaerob nedbrytning av organiskt avfall i en biogasprocess liknar i stort den omsättning av växtmaterial och kraftfoder som sker i våmmen hos idisslare. Det är en komplicerad process där flera olika grupper av mikroorganismer deltar. Dessa mikroorganismer är alla vanligt förekommande i naturen, till exempel i gödsel, och följer ursprungligen med råmaterialet in i rötkammaren. Nedbrytningen av substratet, det vill säga det organiska materialet, sker stegvis. Alla delsteg är viktiga för att processen ska kunna fortsätta ända fram till bildningen av slutprodukterna metan och koldioxid. Varje mikroorganismgrupp har också sin specifika roll i detta sammanhang. NEDBRYTNINGENS OLIKA STEG Allra först sönderdelas stora molekyler som till exempel proteiner, fetter och kolhydrater till mindre med hjälp av enzymer som utsöndras av hydrolytiska bakterier. Detta steg kallas för hydrolys. De bildade produkterna kan utnyttjas av många olika bakterier som fermenterar, det vill säga jäser, dem till flyktiga fettsyror, så kallade volatile fatty acids (VFA), i syrabildningen. Exempel på bildade fettsyror är ättiksyra, smörsyra, propionsyra, valeriansyra och kapronsyra. Förutom syrorna bildas också vätgas och koldioxid, samt små mängder av bland annat alkoholer. Av de produkter som bildats vid syrabildningen är det endast ättiksyra eller vätgas och koldioxid som kan omvandlas direkt till metan. Övriga syror måste först genomgå ytterligare ett omvandlingssteg, den så kalllade ättiksyrabildningen. I detta steg bryter bakterier ner fettsyrorna till ättikssyra och BIOGASPROCESSENS MIKROBIOLOGI vätgas. Omvandlingen kallas också för anaerob oxidation och kan endast ske om vätgastrycket i processen är mycket lågt. I det sista nedbrytningssteget sker själva metanbildningen. Här omvandlas antingen ättiksyra eller vätgas och koldioxid till slutprodukterna metan och koldioxid. De två nedbrytningsvägarna utförs av två olika typer av metanbildande mikroorganismer. Dessa metanbildare har så speciella egenskaper att de inte räknas till bakterierna utan tillhör en helt egen mikroorganismgrupp, de så kallade arkéerna. METANBILDARNAS ROLL De metanbildare som använder vätgas har en mycket viktig roll i biogasprocessen eftersom de, förutom att bilda metan, hela tiden håller nere vätgastrycket så att nedbrytningen av fettsyror i den anaeroba oxidationen kan fortgå. Detta samarbete mellan två mikroorganismgrupper, i detta fall metanbildare och ättiksyrabildare, kallas för syntrofi. Om metanbildningen störs ökar mängden syror snabbt och ph, som normalt bör vara cirka 7-8, sjunker, vilket kan medföra att hela processen till slut avstannar. Metanbildarna är, förutom att de inte tål syrgas ens i mycket låga koncentrationer, känsliga för till exempel höga halter av fettsyror och ammoniak. De växer dessutom extremt långsamt och har ett mycket specifikt behov av näringsämnen och vitaminer. För att en anaerob process ska lyckas är det viktigt att miljön anpassas så att alla mikroorganismer, inklusive metanbildarna, får bästa möjliga förutsättningar att bryta ner substratet så fullständigt som möjligt. Komplext organiskt material (protein, kolkydrater, fett etc.) Hydrolys Lösliga organiska föreningar (aminosyror, socker, m.m.) Jäsning Mellanprodukter (fettsyror, alkoholer, m.m.) Anaerob oxidation Ättiksyra H 2 + CO 2 Metanbildning TEMPERATUREN Optimal behandlingstemperatur kan variera, bland annat beroende på vilket substrat som rötas. Anaeroba mikroorganismer är aktiva inom ett brett temperaturintervall som sträcker sig från det psykrofila området (optimum C) via mesofilt (optimum C) till termofilt område (optimum C). Generellt gäller att ju högre temperatur desto snabbare förlopp. Temperaturen kan också ha betydelse till exempel för hur snabbt och fullständigt olika organiska föroreningar bryts ner. Detta i sin tur påverkar innehållet i rötresten. För biogasprocesser tillämpas vanligen mesofil (37 C) eller termofil (55 C) temperatur. Vid anaerob nedbrytning återfinns den största delen av substratets energi och kol i slutprodukterna metan och koldioxid, medan endast mindre mängder värme och biomassa bildas. Detta innebär bland annat att råmaterialets volym minskar under rötningen. Detta innebär också en skillnad jämfört med aerob omsättning av organiskt material, då värme- och biomassaproduktionen är betydligt större. Aeroba processer, till exempel komposter, värmer upp sig själva medan energi nästan alltid måste tillföras en anaerob process för att hålla den varm. Vanligtvis används en mindre del av den bildade biogasen för detta ändamål. 16 CH 4 + CO 2 (Biogas) Schematisk beskrivning av den mikrobiologiska nedbrytningen av komplext organiskt material till slutprodukterna metan och koldioxid.

17 FAKTA HYGIEN Substratet kan värmebehandlas i hygieniseringstankar för att reducera antalet patogener. Råmaterial som avfall, slam och gödsel innehåller så gott som alltid någon form av sjukdomsalstrande (patogena) organismer, till exempel bakterier, virus och parasiter. Eftersom smittspridning måste förhindras i alla hanteringsled ställs stora krav på systemets utformning. Flera patogena organismer, som Salmonella, är svåra att odla och räkna i laboratoriet. Istället räknar man antalet indikatorbakterier, till exempel vanliga tarmbakterier, i materialet före och efter rötningen. Ett ökat antal av dessa bakterier visar oftast också på ett ökat antal patogener. En metod för att reducera antalet patogener är att värmebehandla (pastörisera) substratet i 70 C under en timme. Antalet indikatororganismer minskar kraftigt och Salmonella och andra patogener kan vanligtvis ej påvisas efter behandlingen. Sporbildande bakterier och vissa värmetåliga virus påverkas dock inte nämnvärt. Om anläggningen tar emot animaliska biprodukter, som slakteriavfall, är pastörisering ett krav från EU. Vid hanteringen av substrat och rötrest är det mycket viktigt att de tankbilar som används för in- och uttransport av material vid biogasanläggningarna rengörs och desinficeras så att den färdiga produkten inte återsmittas. Ett sätt är att ha skilda fack i fordonet för transport av substrat respektive rötrest.

18 MÅNGA SUBSTR Att röta vallgrödor i en biogasprocess för att sedan använda biogödseln i lantbruket kan vara ett sätt att skapa sig en mekanisk ko till kreaturslösa lantbruk. Samrötning av processvatten från ett sockerbruk med till exempel gödsel kan leda till att biogasen får förhöjd metanhalt och därmed bättre kvalitet. Klövervallen binder luftens kväve, vilket kan komma marken tillgodo via den biogödsel som bildas då grödan rötas i en biogasprocess. AT Substraten som används i biogasprocesser kan ha mycket varierande egenskaper, till exempel vad gäller vattenhalt. Kommunala och industriella avloppsvatten har karaktären av vätskor med torrsubstanshalter, det vill säga en vattenfri del, under 5 %, medan slamformigt material som avloppsslam, flytgödsel och flytande avfallsblandningar har torrsubstanshalter mellan 5 och 15 %. Hushållsavfall och växtmaterial räknas till fast material med torrsubstanshalter över %. Biogasens sammansättning varierar betydligt beroende på vilket material som rötas, men valet av processteknik, temperatur, driftsätt, uppsamlingssystem för gasen med mera spelar också in. SAMRÖTNING GER MER METAN Den biogas som utvinns ur avloppsvatten, lantbruksgrödor, gödsel med mera kallas ibland för rötgas, medan den gas som bildas i avfallsupplag brukar kallas för deponigas. Metanhalten är i allmänhet högre i rötgas, vilket dels beror på att den bildas under mer kontrollerade former i en rötkammare, dels på att deponigasen tillförs en del luft när den sugs ur deponin med hjälp av fläktar. För rötgas skiljer man även på gas från samrötning av substrat och gas från rötning av enbart avloppsslam. Samrötning innebär att flera substrat rötas tillsammans i en process, exempelvis källsorterat hushållsavfall eller slakteriavfall tillsammans med gödsel eller avloppsslam. Detta medför vanligtvis högre halt av metan och svavelväte än vid rötning av enbart slam från ett reningsverk. Biogasens sammansättning (efter Hagen m.fl. 2001) Komponent Enhet Samrötning Reningsverk Deponi Metan, CH 4 vol-% Koldioxid, CO 2 vol-% Kvävgas, N 2 vol-% < 1 < Svavelväte, H 2 S ppm Gasbrunn. Bild kommer. Tryckfolket lagt in bild. Deponigas samlas upp med hjälp av rörsystem som installeras i avfallsupplaget. Gasen används ofta för till exempel uppvärmning av lokaler i närheten av deponin. Sockerbetsblast är exempel på en gröda som kan rötas i en biogasprocess. Den bildade biogasen kan bli ett värdefullt bidrag till den regionala energiförsörjningen. UTVINNING AV DEPONIGAS Vid utvinning av deponigas utnyttjas vanligtvis vertikala perforerade gasrör, så kallade gasbrunnar som borras eller trycks ned i avfallsupplaget. Horisontella rörsystem förekommer också. Gasutbytet kan öka genom att lakvatten från avfallsupplaget återförs till deponin, så att den organiska substansen i lakvattnet kan omsättas till gas. Traditionell deponigasutvinning är en långsam process som ur blandat avfall kan pågå i 50 år eller mer. I en väl fungerande biocell, det vill säga där materialet läggs upp på sådant sätt att den anaeroba nedbrytningen kan optimeras avseende temperatur, fukthalt med mera, kan behandlingen vara färdig inom en femårsperiod. Den vanligaste användningen av deponigas är till uppvärmning av närliggande byggnader. Om gasen inte får någon användning samlas den ändå in och facklas bort. Detta görs dels på grund av metanets starka verkan som växthusgas, dels på grund av att metan som ansamlas i avfallsupplaget kan utgöra en explosionsrisk. Förbränningen innebär även en luktreduktion. RÖTNING AV LANTBRUKSGRÖDOR Det finns påflera håll ett stort intresse för att utveckla biogastekniken så att den får ökad betydelse för energiförsörjningen. Bland annat nämns faktorer som miljö och försörjningstrygghet i detta sammanhang. Det substrat som har en dominerande roll när man talar om samhällets biogaspotential är odlade grödor av olika slag. I områden som länge dominerats av spannmålsodling utan inslag av betande djur och vallgrödor kan en lägre halt av organiskt material ge en försämrad markstruktur med minskat skördeutbyte som följd. Att låta en del av den odlade grödan gå in i en biogasprocess och därifrån få ut en rötrest som blir till mull och växtnäring i den egna åkern kan vara ett sätt att ersätta det som kreatursgödseln annars skulle bidra med. Biogasprocessen blir till en mekanisk ko som också producerar energirik gas som kan utnyttjas på gården. Om dessutom kvävefixerande grödor, som till exempel klövervallar eller ärtväxter, ingår i växtföljden bidrar detta till att betydande mängder kväve kan bindas från luften. När dessa grödor rötas blir kvävet kvar i rötresten, som sedan kan användas för att kvävegödsla marken med relativt god precision. GER BIOGAS 19

19 FAKTA SUBSTRATETS SAMMANSÄTTNING Organiskt material består i huvudsak av fett, protein och kolhydrat. Anaerob nedbrytning av rent fett ger större mängd biogas än vid rötning av protein eller kolhydrat. Rent protein och fett ger teoretiskt båda biogas med cirka 70 % metan och 30 % koldioxid, medan biogas från ren kolhydrat innehåller cirka 50 % metan och 50 % koldioxid. Om båda dessa faktorer sammanvägs biogasmängd och sammansättning fås att fullständig nedbrytning av 1 kg fett kan ge cirka 0,85 Nm 3 metan, medan motsvarande mängd för 1 kg protein och kolhydrat är 0,5 respektive 0,4 Nm 3 metan. Kött- eller fiskavfall, som innehåller relativt mycket fett och protein, ger alltså i teorin större metanmängd per kg organisk substans än till exempel gödsel och avloppsslam. Hög proteinförekomst medför dock en betydande bildning av svavelväte vilket är en nackdel eftersom det är korrosivt och giftigt. Även om fett i teorin ger ett högt metanutbyte är det i praktiken inte lämpligt att ha för stor inblandning av fettrika substrat i en biogasprocess eftersom mikroorganismerna kan ha svårt att hantera detta. Överhuvudtaget är det viktigt att tillsätta lagom mycket substrat av jämn kvalitet eftersom det känsliga samarbetet mellan mikroorganismerna annars lätt kan störas och orsaka tekniska problem.

20 Rötkammare som de kan se ut vid ett avloppsreningsverk. Under ytan döljer sig uppvärmda tankar som kan rymma flera tusentals kubikmeter slam. I laboratoriet arbetar man med små reaktorer för att till exempel prova ut ett nytt substrat eller optimera en process. PROCESSENS UTFORMNING Anaerob rötningsteknik medger styrning av biogasprocessen så att nedbrytningen optimeras och önskat resultat uppnås. Processen utformas bland annat beroende på råmaterialets egenskaper avseende vattenhalt, konsistens med mera. Ibland kan förbehandling av substratet behöva göras för att uppnå önskade egenskaper. Fasta avfall kan exempelvis behöva malas och spädas ut med vatten så att de lättare kan pumpas in i rötkammaren eller reaktorn, som den lufttäta tanken ibland också kallas. Processvalet kan också variera beroende på vilket det huvudsakliga syftet med behandlingen är, till exempel om man vill få ut så mycket biogas som möjligt, stabilisera stora kvantiteter substrat eller bryta ner det organiska materialet så fullständigt som möjligt. Termofila processer är i allmänhet mer effektiva än mesofila, men är samtidigt mer känsliga för störningar. Idag är det mesofila temperaturintervallet vanligast, men andelen termofila anläggningar ökar allteftersom man lär sig att hantera dem bättre. Processerna kan delas in i satsvisa och kontinuerliga. Man skiljer också mellan enstegs- och tvåstegsprocesser. Dessutom kan reaktorerna utformas på olika sätt. PROCESSTYPER Satsvisa processer behandlar råmaterialet på samma plats genom hela nedbrytningsförloppet utan att något material tas bort eller nytt substrat tillförs. Olika grader av omblandning kan förekomma. Satsvisa processer används ofta för behandling av fast material, till exempel vid deponirötning. Kontinuerliga processer tillförs nytt material kontinuerligt eller i mindre portioner med korta tidsintervall, det vill säga semikontinuerligt. Denna teknik väljs ofta för pumpbara substrat och tillämpas bland annat vid behandling av avloppsslam på reningsverken. Graden av omblandning kan variera, men det vanligaste är att processen är totalomblandad med hjälp av roterande omrörare. Enstegsprocessen, som är det vanligaste tillvägagångssättet, innebär att alla nedbrytningssteg sker i en följd på samma plats, ofta med någon form av omblandning. Tvåstegsprocessen innebär att processen delas upp i en syrabildande respektive en metanbildande del, där de olika stegen kan optimeras var för sig, vanligtvis i två separata rötkammare. Biogas bildas i båda stegen, men den största mängden fås ut i det andra steget. Metoden är särskilt lämplig för behandling av vått avfall från livsmedelsindustrin. Rent praktiskt innebär tvåstegsprocessen att rötresten eller det syrarika lakvattnet från den första processen avskiljs för att sedan matas in i nästa rötkammare med bestämda tidsintervall. VANLIGT FÖREKOMMANDE BIOGASREAKTORER Continuously stirred tank reactor (CSTR) totalomblandar substratet med hjälp av olika slags omrörare. Detta är en vanlig typ av biogasreaktor som oftast används i enstegsprocesser för behandling av slam, hushållsavfall och gödsel. Anaerobfilter (AF) är lämpliga för spillvatten eller slam med låga torrsubstanshalter. I filtret finns ett bärarmaterial, så kallade fyllkroppar som ofta är i plast, på vilket de aktiva mikroorganismerna kan fästa och växa. Detta är fördelaktigt till exempel för metanbildarna, som växer mycket långsamt och annars lätt kan sköljas ut ur processen. Biogasen som bildas från ett anaerobfilter optimerat för metanbildning kan ha hög kvalitet, det vill säga med metanhalter upp till 85 %. Fluidised/Expanded beds (FB/EB) används också för substrat med låga torrsubstanshalter. Små partiklar tillsätts för mikroorganismerna att fästa på. Genom att ha ett tillräckligt starkt uppåtflöde fås partiklarna att sväva och på så sätt kommer mikroorganismerna i kontakt med substratet. Upflow anaerobic sludge blanket (UASB) tillåter mikroorganismer att ansamlas och växa i klumpar. Trots höga inflöden av sub- strat kan de därför bli kvar i reaktorn. Nytt material pumpas in med sådan kraft att det ger en tillräcklig omblandning för att skapa kontakt mellan mikroorganismer och substrat. ANVISNINGAR FÖR UTFORMNING AV BIOGAS- ANLÄGGNINGAR Svenska Gasföreningen (SGF) har utarbetat allmänna anvisningar för utförande av biogasanläggningar, Biogasanvisningar BGA 99. Dessa ger en bra överblick över aspekter kring utformning, säkerhetsutrustning, provning, kontroll med mera av biogasprocesser och kan återfinnas på SGF s hemsida ( I anaeroba filter installeras bärarmaterial i olika dimensioner för att få mikroorganismerna att fästa och därmed stanna kvar längre och tillväxa i processen. Fasta material (som här ensilerad vallgröda) har relativt hög torrsubstanshalt och kan behöva spädas ut eller tillsättas ett slamformigt material som till exempel gödsel eller avloppsslam innan det rötas i en omblandad biogasprocess.