Biogas från tång och gräsklipp

Transkript

1 Miljöberedningen, Ystad kommun Biogas från tång och gräsklipp Inledande biogasförsök Malmö Detox AB Upprättad av: Granskad av: Åsa Davidsson Eva Ulfsdotter Turesson 1420 Detox AB Arlövsvägen Malmö Tel Fax

2 Kontakt referenser sgivare: Miljöberedningen Ystad kommun Nya Rådhuset Ystad Kontaktperson: Siw Bengtsson -Lindsjö Tel: stagare: Detox AB Arlövsvägen Malmö Organisations nr: Tel: Fax: Projektsamordnare: Åsa Davidsson Tel: Ombud och sakkunnig miljö: Mikael Karlsson Tel: Mobil: (12)

3 Innehållsförteckning Sammanfattning 4 1 Inledning Biogas Tång Gräsklipp 6 2 Utfört arbete Insamling av tång och gräs Analys av substraten Rötförsök Biogaspotentialbestämning Resultat och diskussion 8 3 Slutsatser 9 4 Miljövinster 10 5 Fortsatta undersökningar 10 Bilagor Bilaga 1 Bilder från insamling av material, Ystad 3 (12)

4 Sammanfattning På uppdrag av Ystad kommun har en inledande studie av biogaspotentialen vid rötning av tång/alger och gräsklipp gjorts. Studien har gjorts i Detox laboratorium och har innefattat bestämning av biogaspotentialen från tång/alger, gräsklipp från park- och ängsmark och kombinationer av materialen. Utifrån det utförda arbetet med inledande biogaspotentialmätningar kan följande konstateras: Gräsklipp i form av ängsgräs och framförallt parkgräs har en god potential för biogasproduktion. Rötning av tång/alger visade på en oväntat låg biogasproduktion jämfört med tidigare undersökningar. Den låga biogasproduktionen kan bero på dålig näringssammansättning, hämmande halt av toxiskt ämne eller på att materialet var delvis nedbrutet vid insamlingstillfället. Det har i tidigare undersökningar visat sig vara viktigt för biogasproduktionen att tång/alger samlas in så färska som möjligt. Samrötning av tång och gräsklipp kan ge en utökad biogasproduktion jämfört med enskild rötning av de båda substraten En fördjupad undersökning av förutsättningarna för biogasproduktion av tång och gräsklipp behöver göras. En fortsatt undersökning bör innefatta: utförlig karaktärisering av materialen, biogasförsök i större labskala för teknikutveckling och optimering av processen, energimässiga och ekonomiska värderingar samt inventering av befintliga skördesmaskiner för ängsgräs. En framtida anläggning med biogasproduktion från tång och gräsklipp skulle innebära stora miljövinster: Biogas produceras av tång och ängsgräs som kan användas för energiproduktion och ersätta fossila bränslen. Genom att avskilja kadmium från tången kan man kontrollera och minskas andelen tungmetaller i miljön. En renare strandmiljö skapas med badvänliga stränder och en minskad effekt av övergödningen i Östersjön. Restprodukten från rötningen kan användas som jordförbättringsmedel och därmed kan användningen av konstgödsel minskas. Gräset på ängsmarken tas tillvara och blir till en resurs samtidigt som den biologiska mångfalden på ängsmarker bevaras. 4 (12)

5 1 Inledning På uppdrag av Ystad kommun har en inledande studie av biogaspotentialen vid rötning av tång/alger och gräsklipp gjorts. Studien har gjorts i Detox laboratorium och har innefattat bestämning av biogaspotentialen från tång/alger, gräsklipp från park- och ängsmark och kombinationer av materialen et har även innefattat insamling av materialen och grov karaktärisering/analys inför laborativa biogasförsök. 1.1 Biogas Krav på kraftigt minskad användning av fossila bränslen och mindre utsläpp från transporter ställs på samhället idag. Samtidigt ökar transporterna och därmed ökar behovet av förnyelsebara drivmedel. Ett sådant förnyelsebart drivmedel är biogas. Biogas kan produceras genom syrefri nedbrytning (s.k. rötning) av organiskt material med hjälp av mikroorganismer. Biogasprocessen är fördelaktig inte bara eftersom energirik biogas produceras i form av metan och koldioxid, utan också eftersom restprodukten innehåller näringsämnen. Vid nedbrytningen av organiskt material omvandlas näring från att ha varit organiskt bundet till en mer växttillgänglig form. Idag används framförallt substrat som avloppsslam, matavfall, restprodukter från lantbruket och industriavfall för att producera biogas. Med den ökande efterfrågan på biogas krävs att andra substrat nyttjas i processen, t.ex. finns det stor potential i att odla energigrödor för att röta till biogas. Andra substrat som skulle kunna vara intressanta att nyttja är tång/alger och gräsklipp. För att bedöma om ett substrat lämpar sig för biogasproduktion är det viktigt att göra grundliga undersökningar. De undersökningsformer som är lämpliga inför en implementering i fullskala är: karaktärisering genom analyser, laboratorietester och pilotkörningar. Substratets sammansättning är viktigt för att kunna göra en bedömning av potentialen för biogasproduktion. Framförallt är sammansättningen med avseende på organiskt innehåll, näringsinnehåll, innehåll av toxiska/hämmande ämnen och tungmetaller viktig. Det organiska innehållet kan användas för att bedöma rötbarheten inledningsvis, men bör alltid kompletteras med biogastester i laboratorie- eller pilotskala. En bra näringsbalans är viktig för den mikrobiologiska nedbrytningen och för att garantera en välfungerande process med bra biogasutbyte. Innehåll av toxiska ämnen kan störa den biologiska processen och kan även medföra begränsningar i användandet av restprodukten. En blandning av gräsklipp och tång/alger i en biogasanläggning skulle kunna vara fördelaktig för biogasutbytet, eftersom näringsinnehållet i de två materialen kan komplettera varandra, vilket kan ge en högre gasproduktion och bättre nedbrytning. I fullskala är det dessutom fördelaktigt att samröta material för att få en större anläggning med bättre ekonomi, högre biogasproduktion och större miljöfördelar. För att undersöka närmare hur väl dessa material passar i en biogasprocess har en inledande laborativ studie gjorts. Denna inledande studie har innefattat laboratorietester genom 5 (12)

6 biogasförsök där satser av gräsklipp och tång/alger brutits ned i kontrollerade försök under mätning av biogasproduktionen. Såväl samrötning av substraten som enskild rötning av substraten testades. 1.2 Tång Många kustkommuner har problem med stora mängder tång/alger som blåser in mot stränderna och ställer till olägenheter i form av dålig lukt och ger ett oestetiskt intryck. För att kunna erbjuda boende och turister badvänliga stränder rensar kommunerna stränderna från tången under badsäsongen. Tången/algerna består till stor del av snabbväxande fintrådiga alger som är ett resultat av en övergödd havsmiljö. Förr i tiden har tången använts som gödning och fram till nyligen dumpades tången i havet efter badsäsongen. Då tången innehåller kadmium (från bergrunden och från antropogena källor, t.ex. handelsgödsel) är det inte längre tillåtet att dumpa tången i havet, utan en annan hantering krävs. Det relativt höga organiska innehållet och näringsinnehållet gör avfallet lämpligt för någon form av biologisk behandling samtidigt som kadmiuminnehållet begränsar hanteringen. Genom att separera kadmium från tången kan emellertid tången utnyttjas för produktion av biogas och näringsrik gödning. Tång/alger från Trelleborg har analyserats i ett annat uppdrag och visat sig ha ett innehåll av kol och kväve motsvarande en C/Nkvot på ~ Gräsklipp Kommunens park- och ängsarealer genererar varje år stora mängder gräsklipp som skulle kunna utnyttjas för biogasproduktion. En del av parkgräset komposteras för att bli till jord. Gräsklippet från en del ängar används till viss del idag som djurfoder, men antalet betesdjur minskar, samtidigt som arealerna av ängsmark ökar. Det kan bli ett problem framöver att få avsättning för gräset från ängsmarken. Det organiska innehållet i gräs är högt och gräsklipp har ett innehåll av kol och kväve motsvarande en C/N-kvot på 20, vilket gör det lämpligt att använda som substrat vid rötning till biogas. 2 Utfört arbete Inom uppdraget har insamling av substrat, analys av substraten, planering och uppsättning av biogaspotentialförsök samt mätningar och utvärdering av försöken gjorts. 2.1 Insamling av tång och gräs Prover på de tre aktuella substraten (ängsgräs, parkgräs och tång) samlades in i Ystad vid ett tillfälle, Proverna samlades in i två parker och på en strand, se bilaga 1. Den sena årstiden är egentligen mindre lämplig för provtagning, eftersom tillväxten av gräs är väldigt låg då och eftersom de största mängderna gräsklipp fås under sommarhalvåret. Emellertid hade hösten varit varm och december hade varit mild, vilket gjorde att det 6 (12)

7 bedömdes möjligt att få någorlunda representativa prover för att köra igång försöken. Gräsklipp provtogs endast på lättillgängliga ställen, dvs där det är möjligt att klippa gräset med konventionell gräsklippare. Tång/algproverna samlades in vid Ystad Saltsjöbad. Proverna togs ur tånghögar som ansamlats på stranden. Det eftersträvades att få så färska prover som möjligt vid själva provtagningen, men det är möjligt att tången legat åtskillig tid på stranden då proverna togs ut. 2.2 Analys av substraten Det insamlade materialet av tång och alger innehöll en stor andel fintrådigt material. Det insamlade gräsklippet bestod delvis av torrt och visset gräs men innehöll även gröna och färskare fraktioner. Både tång/alg materialet och gräsklippsfraktionerna sönderdelades genom hackning till en storlek <1,5-2 cm innan rötning. Bestämning av torrsubstanshalt och organiskt innehåll gjordes på alla substraten. Resultaten presenteras i tabellen nedan. Alla tre substraten var fasta, men fuktiga. Det organiska innehållet är högt, framförallt i gräsproverna, vilket är positivt ur biogashänseende. Tången har något lägre organisk halt än gräset, vilket kan bero på att tången innehåller oorganiskt material i form av sand och salter. Tabell 1. Torrsubstanshalter och organisk halt i gräs och tång från Ystad, (medelvärden av dubbelbestämningar). Parkgräs Ängsgräs Tång/alger Torrsubstans, TS (%) 23% 38% 26% Organisk halt, VS (% av TS) 88% 88% 77% 2.3 Rötförsök Biogaspotentialbestämning Vid försöken användes en satsvis utrötningsmetod för att bestämma metanpotentialen (=biogaspotentialen uttryckt som metanproduktion per tillförd mängd organiskt material). Metoden innebär en anaerob nedbrytning av ett eller flera organiska testmaterial genom att blanda det med en större mängd ymp (rötrest från en välfungerande rötkammare) innehållande rätt mikroorganismer. Blandningen förvaras i slutna reaktorer i temperaturskåp vid kontrollerad temperatur för att åstadkomma en mesofil (37 C), anaerob (syrefri) miljö (se figur 2). Försöket pågår så länge biogasproduktionen ökar (normalt dygn) och under den tiden mäts producerad metan 1-2 gånger per vecka. Reaktorerna som används har en volym (2 liter) som är tillräckligt stor för att ge reproducerbara resultat även då relativt inhomogena material testas. Dubbelbestämning av varje substrat görs genom att duplikat av varje reaktor 7 (12)

8 Kundnamn körs. För att säkerställa att ympmaterialet är aktivt körs reaktorer med referensmaterial som testsubstrat. Metanproduktionen i varje reaktor mäts genom att gasprov tas ut genom ett gastätt septum och analyseras med en gaskromatograf. Resultaten från försöken har använts för att beräkna en biogaspotential och för att bedöma hur snabb nedbrytning som kan förväntas för olika material eller olika behandlingar. Figur 1. 2-litersreaktorer för biogaspotentialbestämning Resultat och diskussion Resultaten i form av metanpotential och nedbrytningsgrad från de testade substraten visas i figur 2 och tabell 2. Båda gräsen gav relativt hög metanpotential efter relativt kort tid. Parkgräset gav lite mer gas än ängsgräset, vilket bör kunna förklaras av att parkgräset är färskare och mindre förvedat än ängsgräset. Biogasprocessen har nämligen svårt för att bryta ned vedartade ämnen som lignin. Nedbrytningsgraden var också högst för parkgräset. Enskild rötning av tång/alger gav en väldigt låg metanproduktion och nedbrytningsgraden var låg, 35%. Förmodligen berodde detta på att tången inte var särskilt färsk vid provtagningstillfället, utan hade legat och brutits ned på stranden. Vid tidigare biogasförsök av tång/alger (inom projekt med biogas från tång i Trelleborg) har rötning av färsk tång gett metanpotentialer >200 Nml metan per g VS, dvs fyra gånger så högt som vad som erhölls i detta test. En annan förklaring till den låga metanpotentialen kan vara att tångens näringsinnehåll inte var särskilt fördelaktig för den anaeroba nedbrytningen eller att tången innehöll något toxiskt ämne som kan ha hämmat rötningen. Det mest sannolika är att tångens kol/kvävekvot var något för låg. Samrötningen av tång och parkgräs respektive ängsgräs (med förhållandet mellan tång och gräs 50:50, på VS-basis) gav i båda fallen relativt höga metanpotentialer i förhållande till vad som kunde förväntas utifrån den enskilda rötningen. Detta antyder att gräsets näringsinnehåll förbättrar 8 (12)

9 nedbrytningen av tången. Det kan också vara möjligt att inblandningen av gräs ger en utspädningseffekt på eventuella toxiska ämnen så att koncentrationen ej överstiger den hämmande halten. För att kunna fastställa orsaken till den låga metanpotentialen från tången bör emellertid en grundlig kemisk karaktärisering, eventuellt med kompletterande biogasförsök, göras. 300 Metanpotential (Nml CH4 per g VS) Parkgräs Ängsgräs Tång Parkgräs + tång Ängsgräs + tång Figur 2. Metanpotential vid rötning av parkgräs, ängsgräs, tång och blandningar av gräs och tång. Förväntade metanpotential vid samrötning av tång och gräs är markerade med blåa streck i staplarna. Tabell 2. Organisk halt och nedbrytningsgrad efter rötning. Parkgräs Ängsgräs Tång Parkgräs Ängsgräs + tång + tång Organisk halt, % av TS 54% 58% 58% 59% 59% Nedbrytningsgrad, % 69% 47% 35% 39% 42% 3 Slutsatser Utifrån det utförda arbetet med inledande biogaspotentialmätningar kan följande konstateras: Gräsklipp i form av ängsgräs och framförallt parkgräs har en god potential för biogasproduktion. Rötning av tång/alger visade på en oväntat låg biogasproduktion jämfört med tidigare undersökningar. Den låga biogasproduktionen kan 9 (12)

10 bero på dålig näringssammansättning, hämmande halt av toxiskt ämne eller på att materialet var delvis nedbrutet vid insamlingstillfället. Det har i tidigare undersökningar visat sig vara viktigt för biogasproduktionen att tång/alger samlas in så färska som möjligt. Samrötning av tång och gräsklipp kan ge en utökad biogasproduktion jämfört med enskild rötning av de båda substraten. 4 Miljövinster Genom att utnyttja tång/alger tillsammans med gräsklipp för biogasproduktion kan Ystad kommun uppnå följande: Biogas produceras av befintliga lokala substrat. Biogasen kan användas för energiproduktion och därmed ersätta fossila bränslen. En renare strandmiljö. Badvänliga stränder och en minskad effekt av övergödningen i Östersjön. Kontroll av tungmetaller. Återvinning av näringsämnen och därmed en minskning av konstgödselanvändningen. Gräs på ängsmarker tas tillvara och blir till en resurs samtidigt som den biologiska mångfalden på ängsmarker bevaras. 5 Fortsatta undersökningar Resultaten från den inledande studien visar på en god potential för biogasproduktion från gräs och tång. Ytterligare undersökningar krävs dock för att kunna göra en bedömning om eventuell anläggning i fullskala. Följande undersökningar föreslås: Karaktärisering av gräsklipp och tång genom kemiska analyser (tungmetallinnehåll, organiskt innehåll, näringsinnehåll mm) Inventering av mängder av respektive material (årston) Ytterligare biogasförsök för optimering av gasproduktionen (förbehandling, samrötning etc) Bedömning av energipotentialen vid rötning av gräs och tång Sammanställning av tekniker för insamling av materialen (skörd av ängsgräs i oländig terräng, uppsamling av tång/alger till havs) 10 (12)

11 Bilaga 1 Bilder från insamling av material, Ystad Figur 3. Provtagning av tång/alger vid Saltsjöbadet Figur 4. Provtagning av ängsgräs i Dag Hammarskjölds park Detox AB Arlövsvägen Malmö Tel Fax

12 Kundnamn Figur 5. Provtagning av parkgräs i Trolleparken. 12 (12)