Sönderdelning av biomassa för småskalig biogasproduktion

Transkript

1 EXAMENSARBETE INOM TEKNIK, GRUNDNIVÅ, 15 HP STOCKHOLM, SVERIGE 2018 Sönderdelning av biomassa för småskalig biogasproduktion ROBERT DJURBERG ALBIN MARKSKOG KTH SKOLAN FÖR ARKITEKTUR OCH SAMHÄLLSBYGGNAD

2

3 Abstract With the growing threats from climate change it is vital that we are able to lessen our reliance of fossil fuels and start using more renewable energy sources. One of these renewable energy sources which brings us closer to a circular resource management system is the production of biogas from biological waste. The purpose of this report is to help the expansion of mainly the small-scale biogas production technology through identifying criteria connecting size reduction to the energy balance of the biogas production system. By doing this we hope to find the optimal particle size reduction of the substrate. To achieve this, a study was done to map the biogas process and find out which substrates and size reduction technologies are currently available. The study concluded that wheat straw, manure and sorted out crops where some of the main substrates of interest and that mechanical size reduction is most suitable for small scale biogas plants. From this the optimal particle size could be found through comparing the energy from the increase in biogas yield with the energy costs of the size reduction equipment specifically for the substrate wheat straw and the mechanical size reduction technologies hammer mill and knife mill. This resulted in an optimal particle size through knife milling of 0.26 mm and by hammer milling 1.59 mm, although the sensitivity analysis showed that changes in the energy balance could shift the optimum of the hammer mill closer to a significantly larger particle size. Even though the results clearly show that knife mills are superior when it comes to energy efficiency there are several other factors that affect which method is most efficient for different substrates and conditions, with the two main being the robustness of the technology and the characteristics of the substrate such as moisture content and structure. Increases in efficiency like, the one mentioned above, is done to give biogas a fighting chance on the fuel and energy market and enable it to become one of the important fuels of the future. II

4 Sammanfattning Med de växande hoten från klimatförändringar är det av största vikt att vi minskar vårt beroende av fossila bränslen och börjar använda oss utav mer förnyelsebara energikällor. En utav dessa förnyelsebara energikällor som för oss närmare ett cirkulärt resurshanteringssystem är produktionen av biogas från biologiskt avfall. Syftet med denna rapport är att bidra till expansionen av i huvudsak den småskaliga biogasproduktionen genom att identifiera kriterier som kopplar minskning av partikelstorlek med energibalansen över biogasproduktionssystemet. Genom att göra detta hoppas vi kunna hitta den optimala partikelstorleken för sönderdelning av substratet. För att uppnå detta gjordes en studie över biogasprocessen och de tillgängliga substraten samt sönderdelningsteknologierna. Denna studie visade att halm, gödsel och utsorterade grödor var några av de huvudsakliga intressanta substraten och att mekanisk sönderdelning är det som främst är lämpligt för småskalig biogasproduktion. Från detta kunde den optimala partikelstorleken identifieras genom att jämföra energin från det ökade biogasutbytet med energiförbrukningen av sönderdelaren, specifikt för substratet halm och sönderdelningsteknikerna hammarkvarn och knivkvarn. Detta resulterade i en optimal partikelstorlek för knivkvarn på 0,26mm och för hammarkvarn på 1,59 mm, dock visade känslighetsanalysen att förändringar i energibalansen kunde ändra hammarkvarnens optimum till en betydligt större partikelstorlek. Även om resultatet tydligt visar att knivkvarnen är överlägsen när det kommer till energieffektivitet finns det flera andra faktorer som påverkar vilken metod som blir mest effektiv för olika förhållanden och substrat, där de två främsta faktorerna är teknologins robusthet och substratets egenskaper som fuktighet och struktur. Det är av yttersta vikt att ökningar i effektivitet som den nämnd ovan görs för att ge biogas en möjlighet att slå sig in på bränsle och energimarknaden samt möjliggöra det till att bli ett viktigt bränsle i framtiden. III

5 Förord Denna rapport är vårt kandidatexamensarbete genomfört vid Kungliga Tekniska högskolan, inom Hållbar Energiteknik, och omfattar 15 hp. Arbetet utfördes under vårterminen 2018 som del av civilingenjörsprogrammet Energi och Miljö. Idén bakom arbetet har sitt ursprung från Gunnar Bech, ordförande för Innovationsverket i Gamleby. Vi vill tacka Gunnar inte bara för projektidén utan också för stöd och inspiration genom arbetsprocessen. Vi vill även tacka Anders Malmquist, universitetslektor vid institutionen för energiteknik vid KTH för råd och vägledning under arbetets gång. IV

6 Innehållsförteckning 1 Introduktion Bakgrund Syfte och mål Angreppssätt och avgränsningar Litteraturstudie Substrat TS-halt VS-halt Näringssammansättning Nedbrytbarhet Tillgängliga substrat Processen Biogas i Sverige Förbehandlingstekniker Mekanisk förbehandling Termisk sönderdelning Kemisk sönderdelning Biologisk sönderdelning Sammanfattning av olika tekniker Partikelstorlek kontra gasutbyte Metod och modell Data Bigasens energiinnehåll Energibalans Modellering Resultat och analys Felkällor och känslighetsanalys Diskussion Substrat Sönderdelningsmetod Processen Slutsats Förslag till fortsatta studier V

7 Nomenklatur Förkortning/beteckning CH COOH CH CO Innebörd Ättiksyra Metan Koldioxid E Nettoenergi GWh Gigawattimme H Vätgas H O kt kwh Nm 3 PCHIP Vatten Kiloton Kilowattimme Normalkubikmeter Piecewise Cubic Hermite Interpolating Polynomial Q y Energiinnehåll för metan Q ö i g Sönderdelningsenergi TS VS Torrsubstans Glödförlust/volatile solids VI

8 Figurförteckning Figur 1 Tillverkningsprocessen för biogas Figur 2 Energibalans över biogasprocessen Figur 3 Graf över metanutbytets förändring med avseende på Partikelstorleken under experimentets totala rötningstid Figur 4 Graf över hammarkvarnens energiförbrukning för sönderdelning till en viss partikelstorlek Figur 5 Graf över nettoenergi som erhålls vid olika partikelstorlekar för sönderdelning med hammarkvarn Figur 6 Graf över knivkvarnens energiförbrukning för sönderdelning till en viss partikelstorlek Figur 7 Graf över nettoenergi som erhålls vid olika partikelstorlekar för sönderdelning med knivkvarn Tabellförteckning Tabell 1 Biogas- och metanutbyte vid fullständig rötning av substratkomponenter Tabell 2 Energimängd i producerad biogas i Sverige år 2016 samt förändring mot Tabell 3 Producerad mängd biogas, ungefärligt biogasutbyte och huvudsakligt substrat för olika anläggningstyper Tabell 4 Användning av producerad biogas (GWh) för olika typer av anläggningar, år Tabell 5 Specifik energiförbrukning för sönderdelning av halm med en fuktighetshalt på 4 % Tabell 6 Producerad mängd gas för halm (vete) vid olika partikelstorlekar Tabell 7 Optimal partikelstorlek, uttryckt i millimeter, vid förändrad specifik energiförbrukning och metanutbyte VII

9 1 Introduktion 1.1 Bakgrund Det rådande klimathotet är ett växande problem. Den utveckling som kom med industrisamhället har gjort människan beroende av fossila energikällor som i sin tur har bidragit till en ökad växthuseffekt. Dagens samhälle blir allt mer påmint om sitt missbruk då smältande isar, ökenspridning och försurade hav är några av de klimatförändringar som sker i en takt som riskerar att påverka jordens ekosystem till ett irreversibelt tillstånd (WWF, 2017). Klimatforskare är enade om att den globala medeltemperaturen inte får höjas med mer än 2 grader jämfört med förindustriell nivå för att undvika tröskeleffekter som kan driva på växthuseffekten. Detta mål förutsätter att den negativa trenden med ökade utsläpp av växthusgaser vänder. Dagens utsläpp på 50 miljarder ton koldioxidekvivalenter behöver då minska till 20 miljarder ton till år 2050 (Naturvårdsverket, 2013). FN:s 193 medlemsstater har satt upp 17 globala mål för en hållbar utveckling som ska arbeta för att avskaffa extrem fattigdom, minska ojämlikheter, lösa klimatkrisen samt främja fred och rättvisa (FN, 2016). För att åtgärda de globala utmaningarna är det viktigt att integrera och balansera de ekologiska, sociala och ekonomiska dimensionerna av hållbar utveckling (Farrington & Khulman, 2010). Några av de mål som varje medlemsstat har ansvar för att genomföra är Hållbar energi för alla, Hållbar konsumtion och produktion samt Bekämpa klimatförändringar. Hållbar utveckling är svår att definiera, men genom att sätta upp mål som 2-gradersmålet och FN:s globala mål kan hållbar utveckling mer specificerat definieras vilket förtydligar och förenklar arbetet med att skapa konkreta åtgärder som arbetar mot ett hållbart samhälle (Kates, R. W. et al., 2005). Vi behöver alltså hitta tekniska lösningar och sätt att bygga vårt samhälles system som tillåter oss att fortsätta konsumera samtidigt som vi håller oss inom de ekologiska gränserna. För att vi ska kunna nå en långsiktigt hållbar samhällsstruktur räcker det inte med att vi minimerar våra utsläpp och avfall. Vi behöver hitta ett sätt att leva utan att förorena våra omgivningar och sluta skapa avfall som inte återförs till vårt samhälle som en resurs. Därför behöver vi hitta metoder för att arbeta mot en cirkulär ekonomi där vi tar tillvara på vårt avfall som en resurs (Brännlund & Kriström, 2012). Ett tydligt exempel på detta är användandet av sopor och annat biologiskt avfall för produktionen av biogas. Istället för att avfallet läggs på hög och får brytas ned och bilda metan och koldioxid så kan det tillföras som en resurs till energisystemet genom produktion av biogas som sedan kan användas exempelvis för att driva fordon eller för uppvärmning av lokaler (Naturvårdsverket, 2017). Samtidigt förloras inga näringsämnen från biomassan, varför avfallet som bildas från rötningsprocessen kan användas som gödsel på grund av dess höga näringsinnehåll (Jørgensen, 2009). Det är lösningar som dessa som behövs för att kunna bygga ett hållbart samhälle grundat på cirkulära system. Dessa system kommer även att bli allt mer ekonomiskt lönsamma när allt fler externa effekter börjar internaliseras, alltså att miljöpåverkan från dessa inkluderas till de ekonomiska kostnaderna, genom exempelvis styrmedel som koldioxidskatt och elcertifikat (Energimyndigheten, 2006). Denna rapport syftar till att främja detta tankesätt kring cirkulära system genom att bidra till utvecklandet av en standardiserad biogasanläggning som ska kunna användas för både småskaliga och större produktionsanläggningar där lantbrukare kan producera eget drivmedel för fordon samt få möjlighet att bygga upp ett energilager för eget bruk. Detta skapar möjlighet exempelvis för mat som är helt hållbart producerad utan några utsläpp (Glavic & Lucman, 2007). Avsikten med denna rapport är att den ska bidra till denna standardisering 1

10 genom att undersöka vilka tekniker som finns för sönderdelning av biomassa samt hur mycket energi dessa tekniker kräver beroende på vilken partikelstorlek som uppnås. Den energi som behövs för att minska partikelstorleken sätts sedan i relation till hur mycket energi som genereras från det ökade gasutbytet. 1.2 Syfte och mål Projektet syftar till att finna relationer mellan sönderdelningen av biomassa i förbehandlingsprocessen och gasutbyte vid rötningsprocessen i biogasproduktion. Ju mer biomassan sönderdelas desto bättre blir metangasbildningen i rötkammaren. Rapporten syftar därmed till att hitta ett optimum mellan hur mycket energi som läggs på sönderdelning relativt hur mycket energi som erhålls från det ökade biogasutbytet. Detta inom praktiska och ekonomiska ramar för att bidra till en standardisering för gårdsbaserade biogasanläggningar. För att projektets syfte ska uppfyllas definieras dessa mål: Att identifiera/sätta upp kriterier för att kunna göra en modell över biogasutbyte kontra sönderdelning. Undersöka vilka typer av substrat som uppkommer på svenska gårdar, vilka egenskaper de har samt i vilken mängd det uppkommer. Undersöka vilka tekniker det finns för sönderdelning av biomassa. Utreda vilken teknik som lämpar sig bäst för gårdsbaserad biogasproduktion ur ett energiperspektiv men som samtidigt är praktiskt och ekonomiskt möjligt. 1.3 Angreppssätt och avgränsningar För framtagande av den information och data som arbetet är grundat på gjordes en litteraturstudie över rapporter som behandlar områden kopplade till biogas, sönderdelning samt substrat. Valet av en litteraturstudie som angreppssätt gjordes i avsaknaden av tid och resurser att ta fram egna experimentella data att modellera utifrån, samtidigt som framtagandet av information gav arbetet en vetenskaplig grund att stå på. Litteraturstudie som metod är ett beprövat arbetssätt för att skapa vetenskapliga rapporter givet ett källkritiskt synsätt. Detta källkritiska synsätt har varit bakomliggande genom hela litteraturstudien. Arbetet avgränsas till att främst fokusera på olika mekaniska sönderdelningsmetoder utifrån ett effektivitetsperspektiv. Gällande substrat avgränsas rapporten till att titta på de substrat som är vanliga på gårdar med fokus på de som ger ett betydande ökat biogasutbyte vid sönderdelning. Modelleringen avgränsas till att bara jämföra energiförlusterna från sönderdelning med energivinsterna i form av ett ökat biogasutbyte. Partikelstorlekens påverkan på exempelvis omblandning samt värmeledning försummas därmed. Arbetet undersöker inte heller hur lämpligheten av olika sönderdelningsmetoder förändras när storleken på biogasverket ökar. 2

11 2 Litteraturstudie Litteraturstudien syftar till att insamla grundläggande fakta om biogasprocessen samt kring andra påverkande faktorer rörande sönderdelning och biogasutbyte såsom tillgång till substrat och dess egenskaper. Litteraturstudien innefattar även en undersökning över möjliga sönderdelningsmetoder, fördelar och nackdelar med dessa samt fakta kring hur denna sönderdelning påverkar gasutbytet. 2.1 Substrat Den biomassa som används vid biogasproduktion kallas substrat. Det kan vara energigrödor som odlas till syfte att producera biogas såsom vallväxter och sockerbetor. Avfall och restprodukter är andra vanliga substrat som uppstår från hushåll, livsmedelsindustrin och även från jordbruk. Det finns flera viktiga substrategenskaper som påverkar hur effektivt ett substrat kan omvandlas till biogas genom en rötningsprocess. Dessa egenskaper styr flera beslut som måste göras för att tillverkningsprocessens verkningsgrad ska bli så hög som möjligt. Det kan bland annat påverka vilken blandning av de ingående substraten som används, vilka tekniker för förbehandling och rötning som ska användas samt hur mycket substratet ska sönderdelas. Nedan redovisas de viktigaste egenskaperna hos ett substrat för att avgöra dess lämplighet som biogasråvara. 2.2 TS-halt Torrsubstans, förkortat TS, är den mängd torrt material som finns kvar efter att vatteninnehållet har låtits dunsta bort vid 105 C. Substrat med hög TS-halt (typiskt omkring %) kan vara svårare att pumpa, sönderdela och röra om (Carlsson & Uldal, 2009). Utspädning med vatten eller andra substrat med lägre TS-halt är vanligt förekommande för att förenkla de mekaniska momenten. Studier från Delgenes et al. (2013) har visat att låga TShalter vid rötning av halm blir viktigare vid mindre partikelstorlekar. De experiment som utfördes visade på en liten förändring av metanutbytet för partiklar med storlek 1,4 mm då TS-halten ändrades från 15 till 25 %. Men mer än en halvering av metanutbytet kunde observeras när detta experiment utfördes för partikelstorlekarna 0,1 och 0,7 mm. 2.3 VS-halt VS är en förkortning av det engelska uttrycket volatile solids (på svenska glödförluster). Vid förbränning av substrat vid 550 C anger VS-halten hur mycket av det organiska materialet som har förgasats och således inte finns kvar som aska (Carlsson & Uldal, 2009). Detta är viktigt för att bedöma substratets organiska innehåll. Generellt brukar en hög VS-halt innebära ett högt gasutbyte. I rötningsprocessen bryts enbart den organiska andelen av substratet ner vilket förklarar varför VS är en viktig faktor vid biogasproduktion. 2.4 Näringssammansättning Det är vitalt för mikroorganismer att det finns tillgång till kol, kväve, fosfor, vitaminer och mikronäringsämnen för att de ska frodas (Carlsson & Uldal, 2009). Då det är mikroorganismer som bryter ner substratet så det bildas gas är det viktigt att den blandning som förs in i rötkammaren innehåller tillräckliga mängder av tidigare nämnda ämnen. En riktlinje är att kvoten mellan kol och kväve ska vara omkring 30, en lägre kvot betyder att det finns ett överskott på kväve vilket leder till ammoniumackumulering och för höga ph-värden för mikroorganismer. Värden över 30 betyder att det är ett överskott av kol vilket leder till att 3

12 nedbrytningen avtar (ibid.). För att undvika näringsbrist är samrötning av olika typer av substrat vanligt, det möjliggör till exempel rötning av substrat med icke önskvärda andelar kväve utan att processen blir instabil på grund av ammoniumackumulering. 2.5 Nedbrytbarhet För att det ska bildas gas krävs det att substratet är anaerobt nedbrytbart. Sammansättningen av fett, kolhydrater och protein har en stor påverkan över hur snabbt materialet bryts ner och hur stort gasutbytet blir. Biogasutbytet beskriver ett materials förmåga att bilda biogas, här spelar även andra faktorer roll som exempelvis andelen torrsubstans och andelen organiskt material i torrsubstansen. I tabell 1 redovisas hur stort gasutbytet vid fullständig anaerob nedbrytning blir samt gassammansättningen för fett, protein och kolhydrater. Det verkliga utbytet är lägre då det aldrig sker en fullständig rötning av substratet, det ger dock en idé om hur olika ämnens gasutbyte är. Ur tabellen går det att se att fett ger ett stort gasutbyte med hög metanhalt jämfört med kolhydrater. Tabell 1 Biogas- och metanutbyte vid fullständig rötning av substratkomponenter. Modifierad från Schnürer (2008). Substrat Biogas Metan Metan Nm 3 /kg VS Nm 3 /kg VS % Fett 1,37 0,96 70 Protein 0,64 0,51 80 Kolhydrater 0,84 0,42 50 Innehåller substratet stora mängder cellulosa och hemicellulosa, såsom gödsel, halm och vallgröda, går nedbrytningsprocessen långsammare. Mängden lignin i ett substrat har också stor påverkan på nedbrytbarheten. Lignin är inte anaerobt nedbrytbart vilket skapar problem för bland annat substrat som halm (Carlsson & Uldal, 2009). Kemisk förbehandling eller finfördelning av substratet kan dock motverka detta. Protein och stärkelser går däremot snabbt att bryta ner och olika typer fetter kan ha en varierad nedbrytningshastighet (ibid.). Partikelstorlek har också inverkan på hur snabbt ett material bryts ner då mikroorganismer får en större angreppsyta för små partiklar. Vid rötning kan uppehållstiden förlängas i kammaren vilket leder till större metanutbyte, det är dock önskvärt med en snabb nedbrytningsprocess då det är energikrävande att röra om i och värma kammaren. 2.6 Tillgängliga substrat 2008 uppskattades biogaspotentialen i Sverige, den teoretiska energi som kan utvinnas från inhemska råvaror, till totalt 15,6 TWh/år (Andersson et al., 2009). Räknas förluster för råvaruinsamling in med tekniska och ekonomiska förutsättningar blir den begränsade potentialen 10,6 TWh/år. Nästan all råvara uppstår i koppling till lantbruk. Halm och gödsel är de råvaror som uppkommer mest och ger en begränsad potential på 4,3 TWh/år respektive 3,1 TWh/år. Gödsel behöver nödvändigtvis inte förbehandlas och kan pumpas direkt in i rötkammaren. Halm däremot ger en betydelsefull ökning i biogasutbyte om det sönderdelas 4

13 vilket kommer visas senare i rapporten. Andra råvaror som normalt uppstår inom lantbruk är odlingsrester såsom blast och bortsorterade grödor. 2.7 Processen Tillverkningsprocessen för biogas kan delas upp i tre delar. Detta illustreras i figur 1 nedan. Först ett förbehandlingssteg där biomassa bland annat renas och finfördelas till en mindre partikelstorlek. Sedan kommer själva rötningen där biomassa bryts ner och biogas bildas. Slutligen är det vanligt med ett renings- och uppgraderingssteg för att få en mer användbar och högkvalitativ gas. Figur 1 Tillverkningsprocessen för biogas. Utformningen av försystemet varierar mycket beroende på vilket substrat som biogasanläggningen använder samt vilken storlek anläggningen har. De huvudsakliga metoderna som används i försystem är sortering, finfördelning, spädning och hygienisering. Sortering är främst viktigt i större anläggningar där det inte går att kontrollera allt som förs in i anläggningen. I detta steg sorteras material ut som kan störa eller förorena rötningsprocessen. Detta kan ske genom en mängd olika metoder, vanligtvis med hjälp av olika sorters siktar och magneter. Finfördelningen är ett mycket viktigt förbehandlingssteg speciellt för substrat som är mer svårnedbrytbara. Den minskade partikelstorleken skapar en större yta som bakterierna kan angripa under rötningsprocessen vilket ökar gasutbytet (Nordberg, 2006). En minskad partikelstorlek kan också förbättra omrörning samt minska risk för skiktning (Olsson, 2014). Finfördelningen sker främst genom mekanisk sönderdelning med knivar, kvarnar eller krossar. Men det finns även andra typer av nedbrytningstekniker som använder sig av olika kemiska och biologiska processer (Kratky & Jirout, 2010). Spädning görs helt enkelt genom att tillföra vätska till substratet för att minska andelen torrsubstans i den ingående biomassan, detta förbehandlingssteg är ofta nödvändigt i anläggningar som använder sig av våtrötning där TS är mellan ca 2 12 % vilket är vanligast i Sverige. Fördelarna med våtrötning jämfört med torrötning, som har en TS på omkring 15 % och högre, är att det går att använda sig av pumpar och rörsystem för transport av substratet samt att biomassan blir mer lättåtkomlig för mikroorganismerna i rötkammaren (Bioenergiportalen, 2009). Dock kräver denna teknik en större rötkammare vilket leder till att den initiala kostnaden för kammaren samt driftskostnaden blir högre (Starberg et al., 2005). Hygieniseringssteget går ut på att få bort skadliga ämnen som bakterier och virus från substratet vilka kan vara farliga för människor och natur eller störa bakterierna i rötkammaren. Detta sker främst genom olika former av termisk, kemisk och biologisk behandling beroende på vilka skadliga ämnen som finns i substratet. I den termiska behandlingen sker behandling i form av temperaturförändringar som exempelvis pastörisering eller torkning. Den kemiska behandlingen går ut på att förändra den kemiska miljön i biomassan så att de icke önskvärda patogenerna dör medan den biologiska behandlingen innefattar olika sorters rötnings- och komposteringsprocesser. Det går även att genomföra 5

14 olika typer av behandling med strålning för att få bort icke önskade mikroorganismer (Norin, 2007). Rötningsprocessen kan delas upp i tre delsteg: Hydrolys, fermentering och metanbildning. Tekniskt sett finns det två olika huvudmetoder för hur rötningsprocessen kan vara uppbyggd, enstegsrötning och tvåstegsrötning. Vid enstegsrötning sker hela rötningsprocessen i en enda kammare medan i tvåstegsrötningen delas processen upp i två steg. Biomassan får först vara i en kammare där hydrolysen och fermenteringen startas varefter biomassan förs vidare till en andra kammare vars förhållanden är mer anpassade för metanbildningsprocessen (Nordberg, 2006). Under det första delsteget, hydrolysen, spjälkas biomassan ned till mindre beståndsdelar som socker och aminosyror med hjälp av olika enzymer som skapas utav en typ av bakterier som finns i rötningskammaren. I fermenteringen omvandlas de enkla organiska föreningarna från hydrolysen till organiska syror. Detta sker genom antingen en oxidering eller en jäsningsprocess. Den typ av bakterier som skapar denna process är snabbt förökande och genererar stora mängder energi varför detta är ett fortgående delsteg. De organiska syrorna bryts sedan ned av ättiksyrabildande bakterier till vätgas, koldioxid och ättiksyra. Dessa bakterier är dock känsliga, därför behöver det finnas en blandning av bakterier som upptar väte- och metanbildande bakterier för att upprätthålla rätt förhållanden. Slutligen kommer det metanbildande steget där vätet, koldioxiden och ättiksyran bryts ned av metanbildande bakterier, vilket visas av formlerna nedan. CH COOH CH + CO CO + 4H 2H O + CH Dessa bakterier kräver dock specifika miljöförhållanden för att kunna arbeta optimalt varför just att bevara rätt förhållanden blir ett kritiskt moment för biogasproduktionen. Temperaturen för processen är en viktig faktor. Det finns dock tre olika typer av mikroorganismer som kan användas för metanbildning som trivs under olika temperaturintervall. Den första av dessa, psykrofila mikroorganismer trivs under ett temperaturintervall på 4 till 24 C. Sedan kommer de mesofila mikroorganismerna som trivs mellan 24 och 45 C och de termofila som vill ha mellan 45 och 60 C. Förutom temperaturen finns det en rad andra viktiga faktorer. Ett stabilt ph-värde som vanligtvis bör ligga mellan 6,5 och 7,5 är grundläggande för att mikroorganismerna ska kunna arbeta och föröka sig. Eftersom det är en levande process är näringsinnehållet viktigt. Det måste finnas tillräckligt med vitaminer och andra ämnen som är nödvändiga för bakterieodlingens tillväxt. Dessutom behöver halten kol i förhållande till kväve hållas på en balanserad nivå, med en tillräcklig andel kväve så bakterierna trivs men samtidigt får inte höga halter ammoniak bildas. Kopplat till detta blir vattenhalten i processen viktig eftersom vattnet behövs för att lösa och transportera näringsämnena. Uppehållstiden, alltså genomsnittstiden det organiska materialet befinner sig i reaktorn, är viktig för en fungerande process. Uppehållstiden skiljer sig mycket åt mellan olika tekniker men är vanligtvis mellan 10 och 30 dygn. En annan viktig faktor är den organiska belastningen, alltså att processen tillförs organiskt material i relation till nedbrytningskapaciteten. Slutligen är även omblandningen viktig för att mikroorganismerna ska få kontakt med nytt organiskt material samt för att underlätta gasavgång och undvika temperaturgradienter, det vill säga att temperaturen i rötkammaren är homogen (Nordberg, 2006). 6

15 Efter rötningsprocessen kan gasen redan i detta skede användas exempelvis för uppvärmning av hus. Om däremot gasen ska användas som fordonsbränsle behöver den genomgå ett renings- och uppgraderingssteg. I detta steg renas gasen från korrosiva produkter som svavelväte samt andra partiklar, till exempel vatten. Därefter så avskiljs koldioxid från gasen så att metanhalten hamnar på % som är A-standard för fordonsgas eller % vilket är B-standarden för fordonsgas (Persson, 2003). 2.8 Biogas i Sverige År 2016 producerades biogas motsvarande 2,0 TWh och produktionen har ökat med omkring 60 % de senaste tio åren (Energimyndigheten, 2017). Samma år fanns det totalt 279 biogasproducerande anläggningar, av dessa var 220 rötningsanläggningar som antingen använde mesofil eller termofil rötningsmetod. Det finns 34 samrötningsanläggningar, dessa utgör omkring hälften av biogasproduktionen och har varit den typ av anläggning som har ökat mest i antal de senaste åren. I tabell 2 redovisas biogasproduktion 2016 för olika anläggningstyper samt procentuell förändring sedan Biogas från deponier, där organiskt material läggs på hög i soptippar, har årligen minskat sedan deponering av organiskt material blivit förbjudet Förbudet kom eftersom metangas bildas i deponier och sprids okontrollerat till atmosfären vilket bidrar till växthuseffekter. Tabell 2 Energimängd i producerad biogas i Sverige år 2016 samt förändring mot Modifierad från Energimyndigheten (2017). Anläggningstyp Biogasproduktion Förändring mot 2015 GWh % Avloppsreningsverk Samrötningsanläggningar Gårdsanläggningar 49 3 Industrianläggningar Deponier Förgasningsanläggningar Summa

16 De främsta substraten som används vid biogasproduktion i Sverige är avloppsslam, gödsel, avfall från livsmedelsindustrin och källsorterat matavfall. Dessa substrat varierar stort i energiinnehåll och vattenhalt, vilket har stor påverkan på biogasutbytet för de olika anläggningstyperna. I tabell 3 nedan redovisas totala mängden producerad biogas, biogasutbyte och huvudsakliga substrat för olika typer av anläggningar. Gödsel som substrat har blivit mycket mer vanligt, från ton år 2009 till ton år 2016 på totalt 60 anläggningar. På uppdrag av regeringen drev jordbruksverket igenom ett pilotprojekt, kallat gödselgasstöd, under 2015 (Edström & Niemi Hjulfors, 2017). Projektets mål är att förbättra gödselhanteringen och på så vis minska onödiga växthusgasutsläpp genom att öka de ekonomiska incitamenten för att behålla de anläggningar som finns men även för att nya anläggningar ska byggas. Skälen till produktionsstödet är dels den dubbla miljönyttan med minskade metanutsläpp och minskade koldioxidutsläpp från fossila bränslen som biogas ersätter, dels att produktionskostnaden för biogas är dyrare än produktionskostnader för många andra energislag. Företag som tar del av gödselstödet får ersättning för varje producerad kwh. Under 2015 och 2016 var ersättningen som mest uppe i 20 respektive 40 öre per kwh betalades det ut totalt 49,8 miljoner kronor och den uppskattade minskningen av koldioxidekvivalenter var ton (ibid.). Tabell 3 Producerad mängd biogas, ungefärligt biogasutbyte och huvudsakligt substrat för olika anläggningstyper. Modifierad från Energimyndigheten (2017). Typ av anläggning Totalt producerad mängd biogas Biogasutbyte Huvudsakligt substrat GWh GWh/kt våtvikt substrat Avloppsreningsverk 709 0,11 Avloppsslam Samrötningsanläggningar 944 0,59 Gödsel, matavfall, livsmedelsindustrin Gårdsanläggningar 49 0,15 Gödsel Förgasningsanläggningar 14 0,98 Pellets, flis, bark 8

17 64 % av den producerade biogasen i Sverige uppgraderas, det är nästan 1,3 TWh. Andelen biogas som uppgraderas har förändrats mycket de senaste 10 åren och nästan all uppgraderad gas används som drivmedel till gasdrivna fordon. Näst största användningsområdet är värme, vilket är en femtedel, dock finns det osäkerheter i hur denna värme faktiskt används. El producerad av biogas minskade 2016 med 13 % till 54 GWh jämfört med För samrötningsanläggningar används större delen av gasen till uppgradering medan gårdsanläggningar främst använder gasen till uppvärmning. Tabell 4 redovisar hur biogas som produceras i olika anläggningstyper används. Tabell 4 Användning av producerad biogas (GWh) för olika typer av anläggningar, år Modifierad från Energimyndigheten (2017). Anläggningstyper Värme El Uppgradering Industriell användning Övrig användning Fackling Saknad data Avloppsreningsverk Samrötningsanläggningar Gårdsanläggningar Industrianläggningar Deponier Förgasning Summa Förbehandlingstekniker Sönderdelning av substratet är viktigt när substratets molekylära struktur är svåråtkomligt för mikroorganismerna och dess enzymer. Detta sker när substratet är uppbyggt med starka molekylära bindningar, alltså att de har en så kallad kristallin struktur, eller när substratet har en lite ytarea. Syftet med detta förbehandlingssteg är således att öka den anaeroba nedbrytningsprocessen och därmed kunna få ett högre biogasutbyte samt möjliggöra användningen av substrat som annars skulle vara olämpliga för biogasproduktion. Det ger också fördelar genom minskad energiåtgång vid omrörningen eftersom finfördelningen ger biomassan en lägre viskositet samt minskar risken för bildandet av skiktade lager (Montgomery & Bochmann, 2014). Det finns en rad olika förbehandlingstekniker för att bryta ner biomassan och göra den mottaglig för enzymerna. Dessa förbehandlingsmetoder kan kategoriseras i mekaniska, kemiska, termiska och biologiska metoder (ibid.). Studier har visat att minskning av partikelstorlek till 1 2 mm avlägsnar hinder kopplade till värme- och masstransport vid hydrolyssteget (Tillman et al., 1990). Sönderdelning är ett energikrävande steg och har visat sig kunna stå för omkring 33 % av den totala energiförbrukningen i tillverkningsprocessen av biogas, därför är det av stor vikt att val av teknik och slutgiltig partikelstorlek är optimal för en så energieffektiv process som möjligt (Kratky & Jirout, 2010). 9

18 2.9.1 Mekanisk förbehandling Den mekaniska sönderdelningen går ut på att inte bara finfördela biomassan utan syftar även till att förändra dess struktur och minska dess kristallinitet. Vilken typ av sönderdelning det blir beror på vilken metod som används. Knivkvarnar finfördelar främst biomassan medan hammarkvarnar och ball mills främst bryter ner cellulosans struktur och skapar långa tunna fibrer. De stora nackdelarna med mekanisk sönderdelning är dess höga energiförbrukning samt risken för att komponenter skadas av olika material som råkat följa med in i processen som stenar eller metaller (Montgomery & Bochmann, 2014). Det finns också stora fördelar med den mekaniska sönderdelningen, genom mekanisk sönderdelning så kan effektiviteten i hydrolysen öka med 5 25 % samtidigt som rötningstiden minskar med % då angreppsytan för mikroorganismerna ökar (Kratky & Jirout, 2010). För de material som till stor del består av lignocellulosa rekommenderas en sönderdelning till 1 2 mm för en effektiv hydrolys (Montgomery & Bochmann, 2014). De metoder som används för denna typ av sönderdelning är sönderflisningsmetoder med knivar eller nedmalningsmetoder med hjälp av olika typer av kvarnar. Sönderflisning ger ofta partikelstorlekar kring mm medan malning ger partikelstorlekar kring 0,2 2 mm (Kratky & Jirout, 2010). De faktorer som påverkar energiförbrukningen är främst sönderdelningsteknik, partikelstorlek före och efter sönderdelning samt substrategenskaper. Substratets fuktighetshalt är särskilt viktig för energiförbrukning för olika sönderdelningstekniker. Till exempel är hammar- och knivkvarnar effektiva för sönderdelning av substrat med lägre fuktighetshalt än % (ibid.). Större delen av energin som förbrukas i kvarnbaserad teknik omvandlas till värme vilket till viss del påverkar substratets sönderdelning positivt samt minskar uppvärmningsbehovet av rötkammaren, dock försvinner mycket värme till stor del som värmeförlust (ibid). Shredding är en metod för initial sönderdelning av kompakta svårhanterliga material som trä, gräs och pappersmaterial. Exempelvis så kan shredders effektivt sönderdela gräsmaterial till omkring 3 cm i längd men därefter är det mer effektivt att använda malningstekniker för att uppnå storlekar på omkring 1 2 mm. Det finns både kniv-, hammar- och skruvshredders. Vilken teknik som är mest lämplig för användning beror på biomassans egenskaper, till exempel storlek och fuktighet (ibid.). Ball milling går ut på att biomassan läggs i en roterande cylindrisk trumma innehållande kulor. Denna typ av malning är effektiv för att bryta ner cellulosans struktur, minska partikelstorleken, skapa en större ytarea och höja biomassans densitet. Detta tillåter att anläggningen kan röta med en hög koncentration av substrat vilket innebär att rötkammaren inte behöver vara lika stor. Nackdelarna med denna teknik är att dess effektivitet varierar med biomassans cellulosainnehåll där den fungerar sämre vid låga halter av cellulosa samt att det är en tidskrävande process (ibid.). Vibro energy milling är likt ball milling fast kvarnen vibrerar istället för att rotera. Beroende på vad det är för biomaterial och vilken frekvens kvarnen vibrerar med så kan denna typ av kvarn vara mer effektiv än ball milling för att bryta ner cellulosans kristallinitet. Denna teknik har visat sig bli mer effektiv om biomassan värms till en temperatur på C (ibid.). Knivkvarnar används vanligen vid sönderdelning av torra växtmaterial med en fuktighetshalt på upp till 15 % (ibid.). Denna typ av kvarnar är fördelaktig vid sönderdelning av biomassa bestående av längre strån och stjälkar jämfört med exempelvis hammar- och diskkvarnar som har svårt att hantera denna typ av material utan en initial sönderdelning (Bitra et al., 2009). Vilken partikelstorlek som denna typ av kvarn kan uppnå beror på inmatningshastigheten, rotationshastigheten och vilken typ av trumma som omsluter kvarnen. Samtidigt varierar 10

19 energibehovet beroende på partikelstorleken som ska uppnås, rotorns hastighet samt hur knivarna är vinklade. Knivkvarnar jämförs ofta med hammarkvarnar och generellt har knivkvarnar funnits vara energieffektivare när det kommer till torr biomassa och kan i vissa fall vara så mycket som fem gånger energieffektivare än hammarkvarnsmetoder (Kratky & Jirout, 2010). Dock är denna teknik mer känslig för att skadas av stenar, metaller och andra icke önskade material som kan ta sig in i processen (Montgomery & Bochmann, 2014). Hammarkvarnar är en av de vanligaste teknikerna när det kommer till sönderdelning av biomassa. Detta eftersom de snabbt kan sönderdela material samtidigt som det är lätt att justera intervallet av partikelstorlekar. Denna kvarntyp är även relativt billig och lätthanterlig. Hammarkvarnen är uppbyggd med ett antal hammare som är fastsatta på en rotor som slår sönder det ingående materialet, en skärm omsluter kvarnen som har öppningar i den storlek som partiklarna önskas uppnå. Energimängden som krävs beror på hur stor minskning av partikelstorlek som ska uppnås, fuktighet av materialet, materiella egenskaper, inmatningshastighet samt maskinella egenskaper som hammarspetsarnas fart (Kratky & Jirout, 2010). Diskkvarnar kan vara uppbyggda med en eller två diskar där biomassan matas in i centrum mellan diskarna varifrån materialet trycks utåt under malningsprocessen där biomassan sönderdelas från trycket och skjuvningskrafterna. I denna sönderdelningsmetod har temperaturen av ingående material visats spela roll (ibid.). Valsning där materialet pressas mellan två cylindrar är ett annat sätt för att sönderdela biomassans cellulosastruktur, minska dess kristallinitet samt öka biomassans densitet. Denna metod har visat sig vara energieffektiv när det kommer till att minska partikelstorlek men anses inte vara ekonomiskt genomförbar på grund av stora investeringskostnader och dyra underhållsbehov (ibid.). Colloid mills eller våtdiskkvarnar fungerar i princip som diskkvarnar bara att de är anpassade för att sönderdela material med en vätskehalt på över 15 %. Även för denna teknik spelar den ingående biomassans temperatur roll för energiförbrukningen och en högre rotationshastighet på diskarna ger lägre energiförbrukning. Denna kvarntyp når energiförbrukningsnivåer på liknande nivåer som hammarkvarnen (ibid.). Dock kan denna kvarntyp vara lämplig vid användningen av alger som substrat (Montgomery & Bochmann, 2014). Extrudering används vanligtvis inte för att minska partikelstorlek av material men skulle kunna vara lämplig för biomassa genom att det är en kontinuerlig process som kan vara användbar i större produktionsanläggningar. Extrudern kan sönderdela material genom att det skapas stora skjuvkrafter under processen, samtidigt blandas materialet på ett effektivt sätt och värme kan enkelt ledas bort eller tillföras vid behov. Extrudering kan också lämpligt kombineras med andra typer av sönderdelningstekniker, exempelvis så kan en våtdiskkvarn användas efter extrudering med goda resultat. Energiförbrukningen för denna metod kan jämföras med hammarkvarnen med vissa fördelar i att det lättare går att implementera exempelvis kemiska förbehandlingsmetoder till denna teknik (Kratky & Jirout, 2010) Termisk sönderdelning Denna typ av sönderdelning går vanligtvis ut på att substratet tillsammans med vatten utsätts för en temperaturhöjning till C under ett förhöjt tryck som kan vara runt bar. Dessa förhållanden stör vätebindningarna i substratet vilket bryter ned cellulosans struktur. Denna typ av förbehandling har visat sig kunna ge upp till 30 % ökat metanutbyte. Det har 11

20 också visat sig att temperaturen bara spelar roll till en viss grad, alltså finns det en optimal processtemperatur för varje substrat (Montgomery & Bochmann, 2014) Kemisk sönderdelning Det finns en rad olika kemikalier som kan användas för att bryta ner biomassa inför rötning. Det finns dock tre huvudsakliga förbehandlingsmetoder vid kemisk sönderdelning. Den första, alkalisk förbehandling, går ut på att tillföra starka baser som exempelvis natriumhydroxid till substratet vilket gör det mer mottagligt för hydrolys. Detta är dock en dyr typ av förbehandling men kan ha ett användningsområde för substrat med ett lågt ph-värde som inte skulle kunna användas för biogasproduktion annars. Den andra är förbehandling med syror vilket bryter ned hemicellulosan i växtmaterialet. Denna typ av kemisk förbehandling blir mer effektivt implementerat vid högre temperatur. Slutligen kan även oxidativa förbehandlingsmetoder användas med hjälp av antingen ozon eller väteperoxid. Denna förbehandling fungerar på liknande sätt som den alkaliska genom att bryta ner ligninet och gör biomassan mer mottaglig för hydrolysen men används i nuläget inte i större skala på grund av dess höga kostnad (ibid.) Biologisk sönderdelning Biologisk sönderdelning kan göras genom användning av olika typer av aeroba eller anaeroba mikroorganismer, svamp eller genom att tillföra enzymer till biomassan. Fördelen med denna typ av förbehandling är att den kan användas vid låga temperaturer utan kemikalier, dock kan det vara en mycket tidskrävande process. Förbehandlingen med aeroba eller anaeroba mikroorganismer har uppmätts kunna ge ett ökat biogasutbyte med 26 respektive 21 %. Förbehandlingen med svampar har visat sig ge en viss ökning i biogasutbyte men har främst en hygieniserande verkan medan tillsättningen av enzymer är en dyr process som är svår att göra lönsam (ibid.) Sammanfattning av olika tekniker Det finns många olika metoder för att sönderdela biomassa inför rötning, sedan kan en hel del av dessa kombineras för att uppnå en mer optimal förbehandling. Vilken sönderdelningsteknik som är optimal beror mycket på vilken typ av substrat som används, storleken på och typen av anläggning, de ekonomiska förutsättningarna och förutsättningarna i området. Exempelvis så spelar substrategenskaper som fuktighet, kemiska egenskaper och risk för medföljande stenar och annat icke önskvärt material en avgörande roll. En stor anläggning har också möjlighet till att investera i dyrare förbehandlingsystem eftersom dess större produktion ger en högre ekonomisk vinst från en förbättrad process. Hur tillgången och kostnaden ser ut för olika kemikalier kan påverka hur lönsamma de olika kemiska förbehandlingsmetoderna är medan om stora mängder spillvärme skapas i närområdet kan det motivera användningen av en termiskt baserad förbehandling. När det gäller mer småskaliga anläggningar gör de stora investeringskostnaderna och komplexiteten av de kemiska och många av de termiska förbehandlingsmetoderna dem mindre önskvärda. För dessa anläggningar kan det vara mer aktuellt med någon typ av mekanisk sönderdelning eller en enklare typ av biologisk förbehandling. Utav de mekaniska sönderdelningsmetoderna är knivkvarnar särskilt intressanta eftersom den kan uppnå små partikelstorlekar till en relativt liten energiåtgång. Denna teknik är dock begränsad till att substratet måste ha en fuktighetshalt under cirka 15 % för att fungera effektivt, vilket skulle kunna uppnås genom användning av enkla torkningsmetoder. Konstruktionen av denna kvarntyp är också känslig för att förstöras av oönskat material som exempelvis stenar. 12

21 Däremot när det kommer till material med hög fuktighet kan tekniker som diskkvarnar vara mer fördelaktiga. Om substratet har en hög initial storlek kan det dessutom vara lämpligt att använda en shredder som först sönderdelar materialet till en mindre storlek innan malning i en kvarn sker för att uppnå resterande storleksminskning. I tabell 5 presenteras den specifika energiförbrukningen vid sönderdelning av vetehalm för knivkvarnar och hammarkvarnar med en varierad partikelstorlek. Tabell 5 Specifik energiförbrukning för sönderdelning av halm med en fuktighetshalt på 4 %. Modifierad från Kratky & Jirout (2010). Sönderdelningsteknik Initial/slutgiltig partikelstorlek Specifik energiförbrukning mm kwh/ton TS Knivkvarn 19,05/1,6 9,7 19,05/2,4 7,7 19,05/6,4 6,4 19,05/9,5 5,8 19,05/12,5 3,6 Hammarkvarn 19,05/1,6 53,8 19,05/2,4 38,5 19,05/3,0 25, Partikelstorlek kontra gasutbyte Som tidigare nämnts påverkar partikelstorleken av den ingående biomassan vilket biogasutbyte som erhålls från rötningsprocessen. Detta kan dock variera stort mellan olika substrat, exempelvis ger sönderdelning av matavfall, slam från avloppsvatten och papper ett ökat biogasutbyte med 28, 7 respektive 60 %. Vid sönderdelning av matavfall användes tekniken ball milling vilket gav en medelpartikelstorlek på 0,718 mm (Izumi et al., 2010). För sönderdelning av slam användes en diskkvarn som tillåter partiklar med maximal storlek av 0,2 mm att passera (Sundin, 2008). För sönderdelningen av papper minskades partikelstorleken från 15 mm till runt 1 mm vid laboratorieförsök med en ospecificerad sönderdelningsmetod (Jedrczak & Królik, 2007). Det är inte bara partikelstorleken som spelar roll sett till hur sönderdelningen påverkar gasutbytet, eftersom sönderdelningen dessutom kan påverka biomassans struktur genom tryck och skjuvningskrafter (Lindmark et al., 2011). 13

22 Studier från Sharma et al (1988) har visat att minskning av partikelstorlek har en större påverkan på gasutbytet den första tiden i rötningsprocessen varför sönderdelning får större betydelse desto kortare rötningstid processen har. Dessutom har det visats vara en mycket liten förbättring i producerad mängd metan mellan partikelstorlekarna 0,4 och 0,088 mm. Utifrån data från tabell 6 över effekterna från partikelstorlek på biogasproduktion kan ett samband byggas upp mellan substratets partikelstorlek och det erhållna gasutbytet. Tabell 6 Producerad mängd gas för halm (vete) vid olika partikelstorlekar. Modifierad från Lindmark et al. (2011). Partikelstorlek Totalt producerad mängd biogas mm kwh/ton TS 0, , , , x

23 3 Metod och modell Rapporten baserar sig på en litteraturstudie där grundläggande fakta över biogasprocessen, biogassituationen i Sverige samt substrat och deras egenskaper har undersökts. För att kunna utarbeta en metod för modellering över partikelstorlekens påverkan på gasutbytet innefattar litteraturstudien även insamlande av mer ingående fakta och data kring förbehandling, sönderdelningsmetoder samt hur partikelstorleken påverkar biogasutbytet. I litteraturstudien användes sökmotorerna Primo, Google och Google Scholar. Några exempel på sökord som användes var: Biogas, substrat, förbehandling, sönderdelning, biogasutbyte. Litteraturen som användes var bland annat olika vetenskapliga artiklar samt rapporter från olika myndigheter. Litteraturstudien visade att växtmaterial som halm, utöver gödsel som inte har ett sönderdelningsbehov, är ett viktigt substrat till gårdsbaserad biogasproduktion. Utifrån dessa förhållanden visade litteraturstudien att knivkvarnar lämpar sig väl för att energieffektivt kunna sönderdela torr biomassa såsom halm. Kniv- och hammarkvarnar är snarlika tekniker för sönderdelning och är enkla att justera och relativt billiga. De stora skillnaderna är att hammarkvarnen är mer robust och kräver mindre underhåll samtidigt som den är mer energikrävande. Därför valdes knivkvarnar som teknik att modelleras, vilken sedan jämfördes med hammarkvarnar. 3.1 Data Den data som modellen är uppbyggd på kommer delvis från Kratky & Jirouts (2010) rapport som sammanställt data över experiment kring energiförbrukningen för att uppnå en viss partikelstorlek genom olika typer av mekanisk sönderdelning. Data har dessutom hämtats från Sharma et al (1988) som har undersökt partikelstorlekens betydelse på biogasutbyte genom att experimentellt undersöka hur biogasutbytet förändras vid rötning av partikelstorlekarna 0,088, 0,4, 1,0 och 6,0 mm. Denna data modifierades sedan till att ha samma enhet för att kunna modelleras. Två fiktiva datapunkter infördes för energiförbrukningen hos de undersökta sönderdelningsmetoderna för att förbättra modellen, en mer ingående förklaring till detta finns under resultatet. Den vetehalm som användes i experimentet sönderdelades med en portabel kvarn och silades genom silar med olika partikelstorlekar. Substratet tilläts rötas vid en temperatur på 37 C i 8 veckor i en 5-litersbehållare med TS-halten 8 %. Omrörning skedde i två minuter var tredje timme med propellerblad och substratets ph-värde hölls på nivåer mellan 6,75 och 7,25 med hjälp av Kalciumhydroxid. Den biogas som producerades hade en metanhalt på omkring 60 %, det visade inte på någon större variation på metanhalten för de olika partikelstorlekarna som rötades i undersökningen (Sharma et al., 1988). 3.2 Biogasens energiinnehåll Biogas har ett energiinnehåll som varierar beroende på hur sammansättningen på gasen ser ut, som i sin tur beror på substratets egenskaper. Ren metan har ett energiinnehåll på 9,81 kwh/m 3 vid 0 C och atmosfärstryck (Eriksson, 2010). Resultatet kommer att presenteras per ton TS vilket är vanligt vid biogasproduktion. För att räkna ut hur mycket energi som kan rötas ur halm måste dess TS-halt, som är omkring 0,78, medräknas (Carlsson & Uldal, 2009). Genom att använda tabellvärden för substrats sönderdelning och metanproduktion kan en energivinst för att röta mindre partiklar beräknas. 15