Projekt BIOAGRO LIFE06 ENV/S/ Lekmannarapport BIOAGRO Systemet för hållbar agroenergi från restbiomassa.

Transkript

1 Projekt BIOAGRO LIFE06 ENV/S/ Lekmannarapport 2009 BIOAGRO Systemet för hållbar agroenergi från restbiomassa. BIOAGRO projektet resulterade i en produktionsanläggning för att producera ett koldioxidneutralt bränsle. Detta genom en innovativ metod för att konvertera jordbruks restprodukter såsom utsädesavrens till ett miljömässigt hållbart bränsle. Sven Olof Bernhoff & David Andersson

2 Projekt BIOAGRO Projektet startades den 1 januari 2006 och avslutades den 30 november Målet var ett utveckla och implementera en innovativ metod för att minska växthusgasutsläpp från jordbrukssektorn. Projektet genomfördes i form av ett samarbete mellan utsädesindustrin, bioenergiföretag och den akademiska världen. Det resulterade i en komplett anläggning som möjliggör restproduktreduktion, produktion av förnyelsebart bränsle och värme samt ett demonstrationssystem för dessa funktioner. Projektet genomfördes av två projektpartners utsädesbolaget Skånefrö AB och förbränningsteknikbolaget HOTAB Gruppen, båda från Sverige. Det var medfinansierat av EU Kommissionens LIFE program under projektnummer LIFE/ENV/ med en projektbudget på totalt 5,2 miljoner EURO. Huvudsakliga projektresultat och gjorda erfarenheter: Pilotanläggning för test av småskalig pelletsproduktion som ett led inför uppstart av mer storskalig produktion. Metod att blanda biomassa och tillsatser i specifika proportioner för att balansera bränslesammansättning och säkra optimal förbränning. Anläggning med en kapacitet på 3 ton/timme för storskalig produktion av biomassapellets till förbränning. Bioagroprocessen en sluten cykel med askåterföring. Ny typ av bioenergipellets av restprodukt biomassa med goda förbränningsvärden. Kommersiellt gångbara BIOAGROpellets kan säljas till storskaliga värmeverk och även användas i 20 % av befintliga småskaliga pelletspannor för privatanvändning. Ny prototyp av pelletspanna specialdesignad för förbränning av pellets tillverkade av restavfall från lantbruket. Pelletspannan finns i två storlekar: 250kW och 1250kW. 100 % ig minskning av lantbruksavfall från pilottestade utsädesbolaget Skånefrö. Energisystem i form av ett slutet kretslopp till 100 % oberoende av fossila bränslen för uppvärmning av byggnader och torkningsprocesser inom t ex spannmålsproduktion. 100 % ig minskning av metangasutsläpp från förmultnande deponi av restavfall från lantbruket. Möjlighet för fjärrvärme med den lokalt producerade värmen från projektanläggningen. Spridning av projektresultatet till delegationer och studiebesök till BIOAGRO anläggningen från mer än 40 länder. Nytt sätt att minska halten av koldioxid i atmosfären genom användning av biokol (eng. biochar) tillverkad av BIOAGROpellets. 2

3 Bakgrund och utmaningar Klimatförändring Det är allmänt känt att användningen av fossila bränslen som kol och olja bidrar till klimatförändringar genom utsläpp av växthusgaser. Det aktuella utsläppet av växthusgaser till atmosfären överskrider de värsta prognoserna som nu pekar mot en ökning av den övergripande globala temperaturen med 6 C vilket motsvarar ett worst case scenario det värsta som kan hända enligt FN:s Klimatpanel IPCC. Mänsklighetens utmaning är att hitta alternativa energikällor. Biomassa är ansedd som en koldioxidneutral energikälla eftersom förbränning endast frigör samma mängd koldioxid som bundits i biomassan under dess tillväxtperiod. Att ersätta fossila bränslen med bränslen gjorda av biomassa skulle vara ett sätt att minska utsläppet av växthusgaser. Emellertid finns det ytterligare en viktig energirelaterad utmaning som måste mötas: mänsklighetens globala mat tillgång. Matproduktion Pga. den ständigt ökande befolkningsmängden i världen beräknar FN:s livsmedels och jordbruksorganisation FAO att behovet av mat i ett globalt perspektiv kommer att öka med 70 % under de kommande decennierna fram till år Den svällande befolkningen kommer att innebära att ökade krav ställs på lantbrukets matproduktion. Detta innebär att odling av biomassa för bränsleproduktion, s.k. bioenergi gröda, i ökad omfattning kommer komma att konkurrera med allt viktigare odling av gröda ämnad för matproduktion. I sitt uttalande ang. framtida riktlinjer poängterar också Kungliga vetenskapsakademien att Jordbruksproduktion skall primärt användas för mat, samtidigt som vi undviker global avskogning och bibehåller biologisk mångfald. Även om vi har dessa begränsningar kan en stor mängd bioenergi komma från jordbruket, genom att använda restprodukter och organiskt avfall. I linje med detta krävs alltså att biomassa som inte kan användas till mat, t ex restprodukter från lantbruket, i ökad utsträckning används för bioenergiproduktion. Globalt produceras årligen en stor mängd agrara biprodukter. Torrt avrens i form av halmrester, skal, agnar och sekunda fröer är biprodukter inom utsädesproduktion, spannmålsproduktion och annan verksamhet inom lantbrukssektorn. Sammantaget i världen beräknas totalmängden lantbruksavrens att uppgå till ca 16 miljarder ton (källa: European Biomass Industry Association, EUBIA). För närvarande, antingen bränns största delen av denna mängd biomassa eller så komposteras den i form av landdeponi. Vid kompostering förmultnar avrenset och avger då miljöskadlig metangas. Vid förbränning av biomassa avges inte metangas, men 3

4 förbränningsprocessen kräver noggrann kontroll. Mot bakgrund av detta startade Skånefrö och projektpartnern HOTAB BIOAGRO projektet för att utveckla ett sätt för att bättre ta tillvara den stora mängden spannmålsavrens som varje säsong genereras av Skånefrö:s utsädesproduktion. Generellt sett innebär förbränning av agrara biomassebränslen en svår utmaning eftersom dess kemiska sammansättning ofta skapar problem med asksintring och frätande syragasutsläpp. En annan svårighet är att biomassans densitet kan variera från 0,1 ton/m 3 till 0,9 ton/m 3, vilket avsevärt försvårar inmatningen till förbränningspannorna. För att lösa dessa problem engagerades innovationsföretaget Ecoera och Chalmers Tekniska Högskola i projektet. Ecoera, Chalmers Tekniska högskola och bioenergikonsult ÄFAB samarbetade i projektet för att undersöka egenskaperna hos askan från biomasseavrens från Skånefrö. Målet var att hitta en optimal blandning av biomassa och tillsatser som grund för produktion av optimerade bränslepellets. ÄFAB:s arbete var speciellt inriktat på biobränslepellets för småskaliga brännare och pannor. Ett antal miljövänliga mineralbaserade tillsatser undersöktes med avseende på deras inverkan på egenskaper rörande asksmältpunkten. Bäst effekt uppnåddes när specifika mängder av ler och kalkbaserade tillsatser inklusive en industriell restprodukt användes i recepten för biomasseblandningarna. Slutsatsen blev att förbränning av spannmål och restprodukter från lantbruket kan försvåras av problem med slaggbildning och askförorening, men att det skulle vara möjligt att utveckla bränsle och förbränningsteknologi som skulle kunna motverka detta. Installation av pilotanläggning och byggnation av BIOAGRO:s huvudproduktionsanläggning Huvudproduktionssystemet var tänkt att ha en kapacitet på 3 ton per timme och inkludera 13 silos för en stor mängd olika typer av biomassa. Ett antal underleverantörer kontaktades ang. möjlig teknologi att tillämpa och sedan påbörjades byggnationsplaneringen. Under uppbyggnaden av BIOAGRO:s huvudproduktionsanläggning, pågick parallellt det ovan beskrivna utvecklingsarbetet för att fastställa optimala pelletsrecept. Projektet köpte också in en småskalig produktionsenhet för pellets med en kapacitet på 0,3 ton per timme (till höger i bild). Denna pilotanläggning användes för utveckling och test av pelletsrecept vilket resulterade i de första recepten för implementering i den storskaliga produktionsanläggningen enligt projektsteg 3 ( Task 3 ). Uppbyggnaden av BIOAGRO:s huvudproduktionsanläggning innebar hantering av många byggnadstekniska problem som ansågs näst intill 4

5 omöjliga att lösa. Allt gick dock att lösa till slut och möjliggjordes genom nytänkande och ihärdighet i projektet. Bild: Översikt av BIOAGRO anläggningen: Flödet går från de färgade silosarna med olika typer av avrens, till hammarkvarnen, till steget där tillsatserna tillsätts och blandas in och slutligen till pelletspressen. Det IT baserade styrsystemet övervakar processen så att korrekta bränslerecept används. Pelletsen lagras därefter i en silo med fyra sektioner. Efter lagring förbränns pelletsen och skapar på så sätt ett uppvärmningssystem för utsädesbolaget Skånefrö i form av ett närmast koldioxidneutralt slutet kretslopp. Efter förbränning återförs askan till åkrarna för att uppnå mineralbalans. Forskning och utveckling av pelletsrecept Denna del av projektet resulterade i en databas med olika pelletsrecept som fungerade som riktlinjer för hur fraktioner av biomasseavrens och olika tillsatser skulle blandas för att få fram pellets med bättre förbränningsegenskaper och lägre svaveldioxidutsläpp. Forskning och utveckling av pelletsrecepten visade att anläggningen behövde ha fyra mikrobehållare för tillsatser så att maximal flexibilitet vad gäller blandningsmöjligheter skulle kunna uppnås. Dessutom var produktionsanläggningen planerad att utrustas med 13 silos där olika typer av avrens kunde lagras. Avrenstyperna i samtliga silos analyserades (till höger i bild) och deras olika förbränningsparametrar 5

6 bedömdes. Detta utgjorde grunden för de pelletsrecept som sedan togs fram genom att balansera de respektive kemiska egenskaperna. Slutligen pelleterades de färdiga blandningarna i den småskaliga pilotproduktionsanläggningen. Byggnation av den storskaliga pelletsproduktionsanläggningen Initiala problem med att erhålla byggnadslov gjorde att bygget av den faktiska produktionsanläggningen (till höger i bild) försenades. Behov av installation av en oplanerad ånggenerator försenade byggprocessen ytterligare. Ånggeneratorn behövde dessutom starkström och för att installera det behövde ytterligare ett tillstånd ansökas om och erhållas. I nästa steg var det en stor transformator som behövde köpas och installeras. Detta i sig var ett stort projekt som försenade ordinarie projektimplementering med cirka fem månader. För säkerhets skull ansökte projektledningen om en förlängning av projekttiden och beviljades ett nytt slutdatum den 30 november Installation av integrerat förbränningsystem i pannorna Under tiden den stora BIOAGRO hallen byggdes, designades de speciella förbränningspannorna hos HOTAB. Pannorna designades med maximal förbränning och minimal asksmältning i åtanke. Oftast förbränner liknande pannor träflis eller träpellets. Denna typ av bränsle producerar dock endast en mindre mängd aska och genererar inte alls den typ av problem som förbränning av spannmålsavrens gör. BIOAGRO pannorna (till vänster i bild) utrustades därför med ett roster som förflyttar bränslet genom tre olika förbränningszoner separerade med två stycken vattenkylelement. Denna design, tillsammans med pelletsrecepten gör det möjligt att hålla pellets och aska vid en temperatur som är tillräckligt låg för att undvika att askan smälter, samtidigt som man ändå kan garantera maximal förbränning. Under projekttiden testades pellets gjorda efter olika recept för att justera förbränningsparametrarna i detta system. Förevisning av den kompletta BIOAGRO metoden Projektets slutliga resultat utgörs av den kompletta, integrerade produktionsanläggningen där produktionen styrs av en toppmodern IT infrastruktur som övervakar hanteringen av biomassa och additiv och samtidigt länkar specifika förbränningsparametrar till varje aktuellt BIOAGROpellet recept. Askan lagras och används senare för att återföra dess mineraler till åkrarna. Mätningar visar en ren och säker aska med minsta möjliga halt tungmetaller. Hela systemflödet från avrens till aska kan följas från de tre visningsramperna runt om i anläggningen. (En av visningsramperna kan ses i bilden till vänster.) 6

7 Dissemination Projektet har använt fyra huvudsakliga kanaler för spridning av projektinformation. Dessa kanaler utgjordes av presentationer på konferenser, arrangemang och genomförande av internationella studiebesök, webb sidor samt deltagande i vetenskapliga projekt vilket i förlängningen även inneburit dissemination genom vetenskapliga artiklar och branschtidskrifter. Konferenser: BIOAGRO projektet har presenterats vid 58 större bioenergi och lantbrukskonferenser bl a: International Bioenergy Days 2007, Lidköping, Sverige World Sustainable Energy Days Pellet Conference Wels, Österrike 2007 International Bioenergy Days 2008, Mankato, Minnesota, USA (till höger ovan i bild) International Seed Federation, Prag, Tjeckien 2008 Swedish American Chamber of Commerce E Days Savannah Georgia, USA 2009 NORBIO Bioenergy Days 2009 Oslo, Norge World Bioenergy 2008, Jönköping, Sverige Malt & Barley Conference, Berlin, Tyskland Studiebesök: Studiebesök har anordnats kontinuerligt under hela projekttiden då många organisationer, studenter och olika företag har haft möjlighet att besöka produktionsanläggningen. Totalt har besökare från 45 länder visats runt BIOAGRO projektet varav 23 länder varandes utvecklingsländer. Internet Fyra kanaler via Internet har använts: Huvudkanalen har varit projektets hemsida. Som komplement för att nå en yngre publik har en bild blogg och en Facebook grupp också lagts upp. Dessutom har anläggningen kunnat studeras via en integrerad video på projektets hemsida. Slutligen lanserades den nya hemsidan för det kommersiella konceptet BIOAGRO Energy den 30 november 2009 (se nedan). 7

8 Vetenskapliga publikationer BIOAGRO projektet har varit bas i fem vetenskapliga projekt och publikationer: 1. Vid Lunds Tekniska högskola har en avhandling skrivits som behandlar potentialen för fjärrvärme från BIOAGRO anläggningen till det omgivande samhället Östra Tommarp. 2. Turins Tekniska högskola i samarbete med Lunds universitet har valt BIOAGRO systemet som en av fem fallstudier vad gäller best practices för hållbar bioenergi. 3. Forskningen kring recepten för BIOAGROpellets har resulterat i en Magisteruppsats vid Chalmers Tekniska Högskola. Dessutom har Chalmers och Ecoera AB publicerat en vetenskaplig artikel med titeln Investigation of Ash Sintering during Combustion of Agricultural Residues and the Effect of Additives. 4. Vid Internationella Miljöinstitutet (IIIEE) vid Lunds Universitet pågår för närvarande arbete med en avhandling om marknadsstrategi för pelletsproduktion och försäljning av fjärrvärme där BIOAGRO är exemplet. 5. BIOAGRO projektet har beskrivits i en artikel av professor Andrzej Klasa vid Olztyn universitetet i Polen. Finansiering Projektet finansierades av stödmottagare Skånefrö AB och projektpartnern HOTAB Gruppen. EUkommissionens finansieringsprogram LIFE för miljöprojekt bidrog med 22 % av projektkostnaden. Projektets totala budget uppgick till 5,2 miljoner EURO. After LIFE BIOAGRO:s framtid BIOAGRO projektet har skapat många utvecklingsmöjligheter och inneburit ett flertal tekniktillämpningar med hög potential inför framtiden. Nedan följer lista över dessa: 1. BIOAGRO för fjärrvärme BIOAGRO systemet har redan länkats till ett fjärrvärmenät för uppvärmning av det lokala samhället. Detta koncept kommer att utvecklas och kommersialiseras ytterligare för att stötta lantbygdsutveckling och öka energisäkerheten. 2. Försäljning av Bioagropellets Överskott från produktionen vid BIOAGRO Energy anläggningen kan säljas som ett konkurrenskraftigt bränsle till exempelvis värmeverk. En stor svensk offentlig myndighet har också visat intresse för inköp av överskottsproduktion av BIOAGRO pellets. 8

9 3. BIOAGRO som plattform för utveckling och forskning Befintligt BIOAGRO Energy system utgör både en pilotanläggning och en storskalig anläggning för testning, utveckling och demonstration. Systemet är utrustat med ett toppmodernt IT baserat infrastruktur system för att länka olika pelletsrecept till specifika förbränningsparametrar. Systemet ger också möjlighet till utveckling av pelletsbränslen för externa företag eller akademiska institutioner. Övervakning av hela systemet kan ske från kontrollrummet där datainsamling sker. 4. BIOAGRO Energy som komplett systemlösning BIOAGRO Energy utgör en komplett systemlösning som omfattar både nödvändig utrustning och intellektuell egendom, såsom licenser och know how: Konsulttjänster från BIOAGRO ENERGY Österlen AB Specialdesignade HOTAB BIOAGRO pannor BIOAGROpellets recept Ecoera AB Inköp av utrustning via BIOAGRO:s nätverk av erfarna underleverantörer I samarbete med Skånefrö gjorde underleverantören Westrup ett fantastiskt arbete med att lösa den praktiska hanteringen av biomassan något som initialt verkade vara i princip omöjligt. Nu finns kunskapen kring detta tillgänglig för andra genom BIOAGRO Energy Österlen AB. 5. HOTAB BIOAGRO Pannor Efter år av utveckling och prövning av olika prototyper under BIOAGRO projektet är nu de slutgiltiga versionerna av demonstrationspannorna från HOTAB färdiga att lanseras som högklassiga produkter inom bioenergi sektorn. I kombination med sina 30 år i branschen kan HOTAB nu tillämpa projektresultatet i sina BIOAGRO pannor för genomförande av olika förbränningstester för att fastställa hur specifika kundprodukter bäst bör designas. 6. Produktion av BIOAGRO pellets från extern källa Den nuvarande BIOAGRO anläggningen har endast tillgång till avrens från den interna produktionen. För att höja produktionsanläggningens potential bör möjligheten till användning av biomassa från externa källor beaktas. Ökad produktion skulle också innebära fördelar för omgivande samhälle eftersom pellets skulle kunna säljas till flertalet olika värmeverk i form av billigt och återvinningsbart värmebränsle. Dock kräver denna hantering ytterligare en investering i utrustning för att kunna lasta in balar och andra källor av biomassa. 7. BIOAGRO Biochar för reduktion och låsning av kol Genom att omvandla BIOAGROpellets till en produkt som kallas biochar kan hela systemet bli koldioxidnegativt, och därmed få en ännu större påverkan på att sänka nivåerna av växthusgas. Genom omvandling till träkol, s.k. biochar, stabiliseras kolet i biomassan och bildar en s.k. kolsänka. Tillsats av biochar till jorden binder sedan ytterligare kol och har dessutom en positiv sidoeffekt vad gäller jordens bördighet. Biocharkonceptet utvecklas nu vidare av Ecoera och ÄFAB. 9

10 Slutsatser BIOAGRO LIFE06 ENV/S/ Lekmannarapport 2009 Trots flera motgångar och svåra utmaningar längs vägen har BIOAGROprojektet till slut lyckats att nå sina uppsatta mål. Projektet avslutades den 30 november 2009 med ceremoni och galamiddag. 150 gäster från olika företag och den akademiska världen närvarande. Den kompletta, storskaliga produktionsanläggningen visar att det är möjligt att använda biomassa med varierande densitet från damm till tung spannmålsavrens och samtidigt åstadkomma ett standardrecept för bränsle med goda förbränningsegenskaper. Dessutom är minskning av metangasutsläpp från förmultnande biomassa en viktig fråga. Under projektets gång har detta blivit ännu mer betydelsefullt eftersom det nyligen har påvisats att växthusgaseffekten av metangas jämfört med koldioxid är mycket värre än man tidigare trott. Produktionen vid BIOAGRO anläggningen kan nu köras i industriell skala vilket gör det möjligt för stödmottagaren Skånefrö att glädjas över en uppvärmning som är 100 % oberoende av fossila bränslen. Uppvärmningen innebär också ett minimum av syragasutsläpp och en 100 % ig minskning av avrensprodukter från frörensningsverksamheten. Även nödvändiga additiv som använts under projektets gång är i sig biprodukter. Dessutom har flera organisationer och företag redan visat intresse för att leverera sina specifika avfallsprodukter av biomassa till BIOAGRO anläggningen. Detta, tillsammans med det intresse som rönts för projektet från bl.a 45 besökande länder, visar att sektorn för avfallsbaserad agrar energiproduktion är bara i sin linda och kan ha stor potential i framtiden. BIOAGROprojektet är ett första steg mot en hållbar sustainable bioenergikälla. Anläggningen övergår nu over i en kommersiell fas under namnet BIOAGRO Energy. Konceptet kommer att presenteras som Sustainable bioenergy solution from Sweden (ung. Hållbar bioenergilösning från Sverige ) vid planerade studiebesök från COP15 FN:s klimatkonferens i Köpenhamn under december En viktig faktor för att lyckas i projektet har varit den starka lagkänslan och det positiva ledarskapet. Både projektledar team och underleverantörer höll motivation och arbetsglädje på hög nivå genom hela projektet. Detta, i kombination med det goda samarbetet med EU LIFE programmet, gjorde BIOAGROprojektet framgångsrikt. Projektet har varit ett sätt att konkretisera att vi nu går in i en era när avfallsprodukter från lantbruket kommer att värderas som grönt guld och hållbarhet blir en regel hellre än ett undantag. Steg 1: Biomassan från skörd samlas i silo-system, unikt byggda för att hantera varierande densiteter med hjälp av ett integrerat vägningssystem. Steg 2: I pelletslinan processas biomassan först i en hammarkvarn och sedan i en blandare där specifika mängder tillsatser blandas i biomasse-mixen. Steg 3: Resultatet - optimerade BIOAGROpellets - har lågt syrautsläpp och minimal asksintring vid förbränning. Steg 4: Förbränningssystemet är designat med rörligt vattenkylt raster för att uppnå maximala förbränningsegenskaper m.a.p. utsläpp. 10 Askan samlas in och återförs till åkern.

11 BIOAGRO teamet: Alf Eriksson Skånefrö, Jonas Tarstad HOTAB, Bengt Erik Löfgren ÄFAB, David Andersson Ecoera, Gert Tarstad HOTAB, Mattias Persson Skånefrö och projektledare Sven Olof Bernhoff Skånefrö. Utgivare: Skånefrö AB och HOTAB Gruppen Foto: ÄFAB, Skånefrö AB, HOTAB, Ecoera AB, Google Maps & Stockphotos Tryck: Åbergs Tryckeri, Simrishamn Antal: 300 BIOAGRO projektet 2009 Spridning av detta dokument är tillåten. BIOAGRO Energy Österlen AB Sven Olof Bernhoff c/o Skånefrö AB SE TOMMARP BIOAGRO Energy Förbränning Lars Åke Adolfsson Hotab Eldningsteknik AB Hedentorpsvägen 16 SE KRISTIANSTAD lars Din organisation är mycket välkommen att besöka BIOAGRO Energy anläggningen. Flyg till Köpenhamn eller Malmö flygplats och ta tåget mot Simrishamn. 11