TEKNIKRELATERAD FoU INOM BIOGASOMRÅDET

Transkript

1 TEKNIKRELATERAD FoU INOM BIOGASOMRÅDET Alexandra Sandberg & Daniel Tamm BioMil 2014 Framtagen inom projektet Implement

2 Rapporten är utgiven av Innovatum AB Textförfattare: Alexandra Sandberg & Daniel Tamm, BioMil Kontakt: Peter Eriksson, Projektkoordinator Gröna Näringar Postadress: Box 902, Trollhättan Besöksadress: Nohabgatan 18A, Trollhättan

3 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 INLEDNING METODIK ENKÄT RESULTAT Aktuell biogasforskning Upplevt FoU-behov utifrån enkätsvaren Förslag på strategisk FoU Regionala utvecklingsplattformar Andra branscher SLUTSATSER

4 1 INLEDNING BioMil har på uppdrag av Innovatum genomfört föreliggande undersökning. Studien syftar till att undersöka vilka behov av strategiska FoU-satsningar inom teknikområdet som biogasbranschen ser för att öka den affärsmässiga nyttan vid biogasproduktion. Uppdraget består av följande delmoment: 1. Beskriva vad som finns i Sverige beträffande FoU inom teknikområdet av alla delar i värdekedjan från biogasproduktion fram till fordonet. Mikrobiologi ska ej ingå i utredningen. 2. Identifiera vilka teknikområden som har bristfällig FoU. I det ingår att se var FoU eventuellt finns för andra branscher där biogasen skulle kunna dra nytta av gjorda resultat. Här ingår också att värdera var FoU skulle kunna göra störst nytta för att nå större lönsamhet/minskade kostnader för biogasbranschen. 3. Föreslå hur utvecklingsplattformar i Västra Götaland skulle kunna dra nytta av sin och regionens kompetens kring produktionsteknik, underhållsteknik och fordonsutveckling inom biogasens utveckling. Följande frågeställning ska besvaras: Saknas det FoU med inriktning mot teknikutveckling och i så fall vilka områden skulle ge störst affärsmässig nytta för branschens utveckling? Förutom akademisk forskning på högskolor, universitet m fl avses även andra, oftast icke-akademiska utvecklingssatsningar med termen FoU i denna studie. 2 METODIK Inledningsvis har en kartläggning av aktuella FoU-projekt sammanställts. Information har inhämtats från följande underlag: SGC rapport 294 Sammanställning av svensk forskning och utveckling inom biogasområdet under 2013 SGC rapport 292 Strategisk Forsknings- och Innovationsagenda Teknikexport kring Grön metan från restprodukter till nät och pump SP Presentation Strategi för interaktion mellan biogasforskning och branschaktörer för Biogas Väst En enkät med tre frågor har skickats ut till Innovatums och BioMils stora kontaktnät i syfte att identifiera branschens syn på var teknikrelaterad strategisk FoU-satsning gör störst nytta för den affärsmässiga nyttan. 3 ENKÄT En enkät med tre frågor har skickats till cirka 160 personer inom BioMils och Innovatums kontaktnät. Frågorna var: 1. Inom vilket/vilka teknikområden anser du att mer FoU krävs i syfte att öka den affärsmässiga nyttan i biogasbranschen? Frågan listade områdena Rötning (förbehandling, hygienisering, inmatning, omrörning, processövervakning, analys, styrning, lukt, korrosion), Biogas (uppgradering, distribution, lagring, tankning) samt Biogödsel (efterbehandling). Vid varje fråga fanns svarsalternativen 1 (=lagom mycket FoU idag) till 4 (=stort behov av FoU), samt Vet ej. 2. Har du något förslag på FoU-satsning inom teknikområdet i syfte att öka den affärsmässiga nyttan i biogasbranschen? Ange förslag. 4

5 3. Känner du till FoU inom andra branscher som skulle kunna vara till nytta för biogasbranschen? Ange exempel. Enkäten genomfördes via BioMils hemsida under en veckas tid, med två påminnelser. Totalt inkom 60 svar. 4 RESULTAT 4.1 Aktuell biogasforskning Sammanställningen innehåller ett hundratal FoU-aktiviteter under 2013 och visar att det pågår FoU inom teknikområdet i biogasbranschen. I nedanstående diagram har resultatet kategoriserats i tre huvudområden (rötning, gassystem och biogödsel) med tillhörande 16 delområden. Det pågår främst teknikrelaterad FoU inom förbehandling/hygienisering, substrat samt uppgradering och distribution av biogas. Bild 1: Sammanställning över antal FoU-projekt för respektive delområde under I sammanställningen kan utläsas att teknikrelaterad FoU pågår hos ett flertal aktörer i Sverige. Merparten av den akademiska delen av FoU pågår på SLU, Lunds Universitet, LTH, SP, JTI, Högskolan i Borås samt Linköpings Universitet genom Biogas Research Center. Det är samtidigt värt att notera att FoU även sker vid konsultbyråer och andra privata företag inom biogasbranschen. I nedanstående diagram redovisas de parter som har identifierats som utförare av FoU-relaterade uppdrag. 5

6 Bild 2: Sammanställning över aktörer som genomfört teknikrelaterad FoU inom biogasområdet under Staplarna visar antalet FoU-projekt. Det är viktigt att notera att sammanställningen visar antalet projekt. Staplarna är därmed inget absolut mått på aktiviteten, då projekt kan vara både stora och små och med mycket varierande budget. Också viktig att notera är att sammanställningen begränsas till år 2013, så att fördelningen skulle kunna ha sett annorlunda ut tidigare år. Kvalitativt sett ger dock diagrammet ändå en uppfattning på var FoU koncentreras. Vad gäller regionalt i Västra Götaland så är det framförallt i Borås (med SP/Waste Refinery och Högskolan i Borås) där FoU förekommer i någon större omfattning. Även om den föreliggande sammanställningen inte är kvantitativt relevant är det ändå intressant att BRC samlar på sig betydligt färre träff än t ex SLU, LTH eller SP trots att BRC är specialiserat på biogas. Detta beror bl.a. på att uppgifterna från BRC baseras på generell information om deras huvudprojekt, och att detaljinformation om ingående delprojekt inte funnits tillgänglig. 4.2 Upplevt FoU-behov utifrån enkätsvaren Det kom in 60 svar på enkäten. Bild 3 visar svaren på fråga 1, som frågar efter det upplevda FoU-behovet i olika kategorier. Det finns ett tydligt FoU-behov i samtliga kategorier, även om det finns några kategorier där det upplevs ett synnerligen starkt behov: förbehandling av substrat, gasuppgradering och efterbehandling av biogödsel. Ingen av kategorierna utmärker sig med ett synnerligen lågt upplevt FoUbehov. 6

7 Bild 3: Svar på första frågan i enkäten; Inom vilket/vilka teknikområden anser du att mer FoU krävs i syfte att öka den affärsmässiga nyttan i biogasbranschen? Bild 4 nedan visar en jämförelse mellan det upplevda FoU-behovet enligt enkäten och FoU-aktiviteten år FoU-behovet har räknats fram av enkätsvaren enligt nedan: 0 poäng för svaret att det bedrivs lagom mycket FoU. 1-2 poäng för mellanalternativen. 3 poäng för svaret att det behövs mycket mer FoU. 0 poäng för svaret Vet ej. Bild 4: Jämförelse mellan upplevt FoU-behov och genomförd FoU Staplarna visar kvoten av FoUprojekt 2013 och antal poäng enligt enkäten, dvs små staplar innebär att relativt få FoU-projekt finns i förhållande till det upplevda behovet. 7

8 Jämförelsen visar att behovet av FoU för förbehandling pareras väl av pågående FoU. Även inom områdena analys, uppgradering och gasdistribution möts behoven väl. Däremot finns det några områden som visar ett stort glapp mellan behoven och aktivitetsnivån, framförallt vad gäller inmatning, omrörning, korrosion och i viss mån även processövervakning, lukt och gaslagring. Inom vissa av dessa områden ligger förklaringen i att teknikutvecklingen inte i första hand sker i den akademiska världen, t ex pågår utvecklingen av omrörnings- och inmatningsteknik främst hos leverantörerna. Vad gäller korrosionsproblematiken så har FoU-aktivitet pågått, men inte just under år Svaren till fråga 2 och 3 i enkäten behandlas i de följande kapitlen. Råmaterialet till dessa frågor finns i BILAGA 1: Sammanställning av enkätsvaren. 4.3 Förslag på strategisk FoU I uppdraget ingår att identifiera vilka teknikområden som har bristfällig FoU. Dock har inga specifika teknikområden 1 utmärkt sig, utan istället ligger fokus på att identifiera och värdera de teknikområden som bedöms påverka biogasanläggningars lönsamhet. Generellt gäller att frågor kopplade till substrat och dess hantering samt avsättning och biogas och biogödsel är betydande frågor för att erhålla en god lönsamhet i branschen. Det är därför inte förvånande att FoU-insatser redan idag fokuseras till dessa teknikområden. Nedan presenteras en kondensering av förslagen enligt enkäten på strategiska FoU-områden i syfte att ge biogasbranschen bättre lönsamhet (i bilaga 1 presenteras specifika FoU-förslag som inkommit via enkäten): Substrattillgången är en avgörande faktor för bättre lönsamhet, varpå det är viktigt att finna tekniska lösningar så att olika typer av organiskt material kan behandlas i en biogasanläggning. Teknikutveckling inom förbehandling är en nyckelfråga. Processövervakning, analys och styrning bildar en enhet som har avgörande betydelse för anläggningens ekonomi. Medans det pågår en del FoU vad gäller analys så finns det fortfarande ett stort behov av integrerade lösningar som med lämpliga analysmetoder och styrningsalgoritmer åstadkommer en processövervakning och -styrning som i god tid reagerar på avvikelser i processen. Detta görs idag oftast på känsla i brist på analys av relevanta indikatorer. Uppgradering av biogas till fordonsgas är påtaglig kostnadspost, och det är betydelsefullt att utveckla tekniker som är mindre kostnadskrävande samtidigt som gaskvaliteten består. Småskaliga uppgraderingstekniker är intressant att utveckla, för att möta behovet som finns inom gårdsbaserad biogasproduktion. Kostnader för distribution av såväl biogas som biogödsel är en ständigt återkommande fråga vid kalkylering av ett biogasprojekt. Rötrestens/biogödselns ekonomiska värde är intressant att studera. Efterbehandling av biogödsel för att producera produkter som är attraktiva för lantbruk och andra avnämare. Optimering av befintliga anläggningar för att öka tillgängligheten och därmed öka produktionen. Vidareutveckla existerande teknik så att den blir mer effektiv såväl tekniskt som energi- och kostnadsmässigt. Parallellt är det intressant att sammanställa drift-erfarenheter från befintliga anläggningar för att undvika att byggmissar upprepas vid byggnation av nya anläggningar. Biogasanläggningens lönsamhet påverkas till stor utsträckning även av driftekonomin. Väga samman hur investeringskostnader i byggskedet påverkar driftekonomin, och se vilka samband det finns mellan låga investeringskostnader och större driftkostnader. 1 Teknikområde omrörning har erhållit låg kvot i FoU-sammanställningen, men bedöms inte vara en avgörande faktor för att biogasbranschen ska erhålla bättre lönsamhet. Dessutom pågår här troligtvis FoU hos teknikleverantörerna. 8

9 De två sista punkterna berör frågeställningar som inte är relaterade till ett särskilt teknikområde utan gäller mer övergripande för hela biogasprocessen, och förekommer därför inte specifikt i den tidigare utvärderingen (se Bild 3 och 4). Ändå upplevs det alltså att FoU behöver stärkas i dessa frågor, och Förslagsvis skulle Innovatum kunna göra åtgärder och genomföra specifika projekt relaterat till dessa punkter. Det kan också konstateras att ovanstående punkter stämmer väl överens med de av SGC (Svenskt Gastekniskt Center) identifierade områden för vidare FoU, som har tagits fram i andra sammanhang och av andra målgrupper än den här sammanställningen. Detta bekräftar i sig ytterligare behovet av att just angivna teknikområden i ovanstående lista är mest betydelsefulla. För mer info se Regionala utvecklingsplattformar Utvecklingen i biogasbranschen mot lönsammare och effektivare biogasprocesser har mycket att vinna på att olika aktörer samverkar med varandra, istället för att FoU sker parallellt var för sig. Här nedan presenteras de regionala aktörer som har identifierats som verksamma med FoU inom biogasområdet; SP (Statens Tekniska Forskningsinstitut) med Waste Refinery, Högskolan i Borås samt SLU och JTI. Det kan konstateras att dessa aktörer är verksamma inom flertalet av punkterna med FoU-förslag som listades i föregående kapitel. Aktörerna samverkar redan idag med varandra, men på olika sätt och i olika utsträckning. SP Biofuels är en kompetensplattform för att främja innovation inom produktion och användning av bl.a. gasformiga biobränslen. Arbetet sker i samverkan mellan SP och dotterbolaget JTI - Institutet för jordbruks- och miljöteknik. Inom området biogas arbetas bl.a. med substratforskning, optimering av produktionsprocessen och utveckling av mätmetodik för bestämning av biogasens kvalitet. Waste Refinery är ett nationellt kunskapscentrum inrättat vid SP. Arbetet med FoU sker i ett gemensamt kluster bestående av representanter från näringsliv, samhälle och forskningsorganisationer. Syftet med WR är att systematiskt utvärdera, utveckla, demonstrera och integrera olika tekniker för effektiv energi- och resursutvinning av avfall. Fokus ligger på de utvalda fokusområdena; systemanalys samt teknikutveckling av termisk och biologisk konvertering av avfall till energi- och materialprodukter. Vid Högskolan i Borås pågår FoU kopplat till substrat från avfalls- och textilindustrin för biogasproduktion, optimering av biogasprocessen samt förbehandlingstekniker. Forskargruppen vid högskolan är kopplade till Waste Refinery. SLU/JTI kommer att etablera ett centrum i Skara i syfte att påskynda utvecklingen av en hållbar jordbruksproduktion, växtodling, djurhållning samt övergång till ett fossilfritt lantbruk. Inom ramen för biogassatsningar kommer man att arbeta för ökad samverkan och kunskapsöverföring mellan SLU och regionala aktörer såsom rådgivningsorganisationer och lantbrukare. Inom ramen för projektet ingår att utreda hur man effektivt nyttjar gödsel, växtrester och energigrödor för biogasproduktion. Tekniklösningar för småskalig uppgradering av biogas till fordonsbränsle och utvärdering av användning och lagring av rötresten är andra områden. Workshops kommer att anordnas under hösten Agroväst är klustermotor. Förslagsvis skulle Innovatum kunna vara parten som binder ihop nämnda aktörer i specifika frågeställningar gällande teknikutmaningar inom biogasområdet. Målsättningen kan vara att ha en bred aktörssamverkan som resulterar i snabbare branschutveckling. 4.5 Andra branscher Via svaren i enkätfråga 3 Känner du till FoU inom andra branscher som skulle kunna vara till nytta för biogasbranschen? Ange exempel. har några förslag inkommit. 9

10 För att påskynda teknikutvecklingen inom biogasbranschen kan det vara väl värt att se hur exempelvis avfallsbranschen, pappersmasseindustrin, petroleumindustrin samt processkemiindustrin arbetat med olika teknikutmaningar och effektiviseringsprojekt. Avfallsbranschen är generellt långt framme avseende teknikutveckling och har många tekniska gemensamheter med biogasbranschen, och biogasbranschens olika utmaningar bör kunna dra nytta av detta. Samtliga industrier (pappersmassa, petroleum och processkemi) har under lång tid arbetat med energieffektivisering, logistik och systematiskt LEAN-arbete. Det kan givetvis finnas ytterligare branscher som är av intresse att etablera samarbete med i specifika frågeställningar. Förslagsvis bör specifika frågeställningar identifieras innan kontakter tas med andra branscher, varpå det är lättare att hitta varandra i diskussioner. Ett annat alternativ kan vara att låta representanter för olika branscher berätta om deras utvecklingsresa och FoU-utmaningar, och på så vis bilda sig en uppfattning om vad som kan vara till nytta för biogasbranschen. 5 SLUTSATSER Det pågår FoU inom biogasbranschens alla teknikområden, och det kan konstateras att i synnerhet de områden som är betydelsefulla för att erhålla bästa möjliga lönsamhet för en biogasanläggning finns representerade. Det är främst de akademiska FoU-insatserna som kunnat identifieras, eftersom en del teknikutveckling sker direkt hos företag som är konkurrensutsatta och därmed ogärna delar med sig av information. I uppdraget ingick att identifiera vilka teknikområden som har bristfällig FoU, kopplat till lönsamhetsfrågan. Några teknikområden har identifierats som har förhållandevis lite FoU (omrörning, korrosion, inmatning samt lukt, processövervakning och gaslagring), men dessa teknikområden bedöms inte ha en avgörande betydelse för lönsamheten. Det är intressant att notera att FoU-insatser generellt redan idag sker inom de teknikområden som i större grad kan påverka biogasverksamhetens lönsamhet. Några specifika tekniska utmaningar har kunnat identifieras genom enkätsvaren, där aktuella FoU-aktörer för närvarande inte visar någon större aktivitet: Vidareutveckling av existerande teknik så att den bli mer effektiv såväl tekniskt, energi- och kostnadsmässigt. Parallellt är det intressant att sammanställa drifterfarenheter från befintliga anläggningar för att undvika att byggmissar upprepas vid byggnation av nya anläggningar. Biogasanläggningens lönsamhet påverkas i stor utsträckning av driftekonomin. Väga samman hur investeringskostnader i byggskedet påverkar driftekonomin, och se vilka samband det finns mellan lägre investeringskostnader och större driftkostnader. Förutom ovanstående punkter kan det vara intressant att göra en fördjupning av samtliga FoU-förslag som kom fram i enkäten, och se var det finns glapp. I Västra Götaland finns ett flertal aktörer som på olika sätt arbetar med FoU inom biogasbranschen. Dessa aktörer är SP, Waste Refinery, Högskolan i Borås, SLU, JTI och Agroväst. Förslagsvis skulle Innovatum kunna vara den aktör som kopplar samman dessa olika plattformar med varandra i specifika frågeställningar för att snabbare driva på biogasutvecklingen. Genom enkäten har det även inkommit förslag att biogasbranschen skulle kunna dra stor nytta av FoU som pågått/pågår inom bl.a. avfallsbranschen, pappersmasseindustrin, processkemiindustrin och petroleumindustrin. 10

11 BILAGA 1: Sammanställning av enkätsvaren I bilagan görs en sammanställning av svaren från fråga 2 i enkäten; Har du något förslag på FoUsatsning inom teknikområdet i syfte att öka den affärsmässiga nyttan i biogasbranschen? Ange förslag. Nedanstående svar har grupperats i olika kategorier. Substrat Substratblandningar Nya substrat + substrathantering Hur kan TS i ingående substrat öka? Större förståelse för hur man bygger mikrobiella konsortier som passar anläggningens substrat. Ökad flexibilitet vad gäller mottagning av olika substrat till anläggningen (substrattyper, mellanlagring, etc.) Avskiljning av föroreningar/plast i substrat utan att ta bort organiskt material. Foderstater för bästa möjliga gasutbyte i gödselbaserad biogasproduktion. Öka biogasutbytet från gödsel Förbehandling av halm, vall, naturmarksgräs och andra liknande lignocellulosalika råvaror för att slippa odla biogasråvaror Mer forskning på hur avfall kan förbehandlas med så minimal mekanisk belastning som möjligt för att minska risk för haverier, onödigt under håll m.m. Hitta förbehandlingstekniker som är avfallsspecifik. Hitta förbehandlingstekniker som kan kvalitetssäkras och som minskar föroreningar i det färdiga substratet och som FUNGERAR! Förbehandling för att stärka anläggningars position mot en hårdare substratmarknad. Uppgradering Forskning om småskalig uppgradering till lägre metanhalter (tex 90%) och möjligheten att driva egna fordon på gasen. Småskalig uppgradering för att få större kostnadseffektivitet. Tillvaratagande och återanvändning av koldioxid från uppgradering. Teknikutveckling om hur biogasproducenter kan säkerställa kvalitet på produkt (rågas) på ett enklare sätt. Logistik Hitta förenklade affärskoncept till hur samordning av transporter till och från en biogasanläggning av substrat/gödsel. Studera hur detta kan samordnas på ett mer regionalt sätt. Logistik. Avsättning och logistik för gas och biogödsel Kostnadseffektiv logistik, rengöring lastbil Pumpning av biomassa och gödsel Biogödsel Att producera en torr biogödselprodukt som går att sälja utan förlust. Skapa en konkurrenskraftig produkt av biogödsel. Trygga marknaden för biogödsel Biogödselns klimatnytta Angeläget att få fram produkter från rötrest som är attraktiva för lantbrukare och andra som kan nyttiggöra växtnäringen. Spridning av rötrester Hur minska kostnaderna för biogödselhantering? 11

12 Kostnadseffektiv och robust teknik för rening och koncentration av olika växtnäringsämnen i rötrest/biogödsel. Detta för att öka värdet för lantbruket samt minska transportkostnaderna och öka möjligheterna att återvinna processvatten. Anläggning Vidareutveckla existerande teknik så att den blir effektivare och mer kostnadseffektiv. Optimering av befintliga anläggningar för att öka tillgängligheten. Optimering av befintliga anläggningar för att öka produktionen. Sammanställa drifterfarenheter från befintliga anläggningar för att undvika att "byggmissar" upprepas vid nybyggnation. Väga samman hur investeringskostnader i byggskedet påverkar driftekonomin. Det finns någonstans ett samband där låga investeringskostnader ger större driftkostnader. Detta är inte specifikt för biogas. Vilka tekniker ska undvikas i framtiden utifrån de erfarenheter som finns idag? Det behövs flera typer av specialiserade röttekniker, t ex för substrat med olika nedbrytningshastighet. Den inriktning som nu är förhärskande, dvs att genom förbehandling göra alla substrat rötbara i samma anläggning, leder till orimliga kostnader. Driftsäkerhet. Kostnadsreducering inom underhåll. Småskaliga tankställen. Biogasvärdekedjan Jag vill gärna se förslag på lösningar som är mindre tekniskt komplicerade och mer använder naturlagarnas krafter. T.ex. inom separering, svavelreducering och flödesstyrning. Vill även se utrustning som kan ersätta pumpning av material. Pumpar kräver mycket kraft, har svårt att hantera material med höga ts-tal och är alldeles för känsliga för fasta föroreningar. 12