Biogas -lokal produktion. Ilona Sárvári Horváth Ingenjörshögskolan Högskolan i Borås

Transkript

1 Biogas -lokal produktion Ilona Sárvári Horváth Ingenjörshögskolan Högskolan i Borås

2 Biogas produktion - en naturlig process Biogas produceras i varje syrefria miljöer Där organiska material bryts ner med hjälp av bakterier Som leder till att en blandning av gas, som innehåller metan och koldioxid produceras

3 Indonesien

4 Kuba

5 Den kinesiska modellen

6 Sobacken Biogas anläggningen i Borås Biogas produktion från avfall Behandlade biologiska avfall: ton/år Rötkammare: 3100 m 3 Biogas produktion 3,5 million Nm 3 /år

7 Sobacken SOR1 SOR2

8 En enkel process Biogas Avfall/ rötsubstrat Syrefri Rötkammare Rötrest Två metoder Rötgas Traditionell rötkammare Deponigas Att samla upp den uppkomma biogas från deponeringsställe

9 Två metoder Rötgas Deponigas

10 Biogas i samhället Andra hälften av 1800-talet: biogas produktion börjar Med pionjärer som Kina och Indien I Sverige framför allt rötning av avloppsslam 1970-talet: efter energikrisen ökar intresse för att framställa metan från andra organiska material såsom: Gödsel, industriellt avloppsvatten 1980-talet: många anläggningar byggdes för att utvinna deponigas 1990-talet: byggs flera anläggningar som behandlar fast avfall från livsmedelindustrier och matavfall från restaurang och hushållen

11 Forskning vid Ingenjörshögskolan Polymera material Biopolymerer Kompositer från natura fiber Datormodellering av makromolekyler Nanoteknik Bioteknik Bioetanol Biogas Superabsorbanta material med bakterie dödande egenskaper

12

13 Energi och material för hållbar utveckling Forskning som fokuserar på optimal resurshantering Mängden av avfall ökar både i Sverige, Europa och omvärlden Biologisk nedbrytning av organisk avfall Biogas, Bioetanol, Andra produkter

14 Avfall Fasta och flytande????

15 Avfallsmängder i Sverige Hushållsavfall 7% Farligt avfall 2% 460 kg/invånare Verksamhets avfall 91% Totalt 58,4 miljoner ton/år i Sverige 2004

16 Behandling av hushållsavfall i Sverige, [kton] Landfilling + incineration with energy recovery Total amount Amount remaining after separation for material recycling Hazardous waste Recycling, white goods & electronics Recycling, metals Recycling, paper Recycling, packaging Biological treatment Landfilling Incineration with energy recovery Senaste nytt: från 2002: är det förbjudet att deponera sorter- och förbrännbara avfall; från 2005: är det förbjudet att deponera organiskt avfall Landfilling

17 Karakterisering Förbehandling för termiska processer Gate-control Förbehandling för biologiska processer Avfalls förbränning Biologisk avfallshantering

18 Behandling av hushållsavfall i Sverige år 2004 Dangeraous Landfilled waste 9% 1% Recycled materials 33% Thermal treatment 47% Biological treatment 10%

19 Biologisk behandling Biogas: Kontrollerad biogasproduktion i 15 anläggningar Kompostering 10% av hushållsavfallet behandlas nu biologiskt Målet är: att 35% av hushållsavfall ska behandlas biologisk till år 2010

20 Forskning på Ingenjörshögskolan Avfall Energiåtervinning restprodukter Biologisk återvinning Kyla El Biopolymerer Etanol Värme Hållbart Samhälle Biogas

21 Biogas /stor potential En hållbar alternativ energikälla Alternativt bränsle/ fordongas Värme Elektricitet Biogas: Kontrollerad biogasproduktion i över 220 anläggningar Totala årliga biogasproduktion motsvarar idag en energimängd på ca 1,2 TWh Potentialen bedöms att vara TWh

22 Biogas produktion i Sverige, 2006 Möjliga alternativ Produktionstyp Avloppsreningsverk 138 0,58 Deponier 60 0,34 Industriella avlopp 3 0,09 Samrötningsanläggningar 14 0,18 Lantbruk 8 0,01 Totalt 223 1,21 Antal Energiproduktion (TWh/år)

23 Biogastekniken Vid utformning av en biogasprocess kommer bl.a. råmaterialens fysikaliska egenskaper att avgöra vilken teknik som är lämplig. Ett exempel på indelning är: Avloppsvatten (t.ex. lakvatten, kommunala och industriella spillvatten, rejektvatten från avvattning) Slamformigt material (avloppsslam, flytgödsel, flytande avfallsblandningar upp till 10-15% torrsubstans) Fast material (torrsubstanser över 20-25%, t.ex. hushållsavfall eller växtmaterial)

24 Den vanligaste tekniken Anpassad till slamformigt material Torrsubstanshalt 10-15% Temperatur Mesofil process: ºC Termofil process: ºC Uppehållstid: 2-3 veckor Loading rate (matning): ca 1,6 kgvs/m 3 /dag Processkontroll Temperatur, ph, gasproduktion, gaskvalitet

25 Gasutbyte Av ett kg torrt organisk material erhålls vanligen 0,5 till 1,0 m 3 gas (0,2 0,8 m 3 /kgvs ) Metanhalten är ca 65% men varierar beroende på materialet som röts Lägre för kolhydrater (socker, stärkelse) Högre för proteiner och fett Teoretisk metanutbyte: C 6 H 12 O 6 (Sugar) 3 CH 4 (methane) + 3 CO 2 0,746 m 3 /kg

26 Från råvara till gas Mekanisk förbehandling, blandning Ref: Hygienisering (70 C; 1 h) Anaerob (syrefritt) rötning / en komplex mikrobiologisk process Hydrolys Syrabildning Metanbildningen Uppgradering till fordongas

27 Biogas production/ Anaerobic digestion A natural process occurring in anaerobic environments Where mixed population of bacteria decompose organic matter to CO 2 and CH 4 Ref: Brock: Biology of microorganisms; ed.11; 2006

28 Uppgradering Höjning av energivärde genom borttagande av koldioxid Rening från korrosiva komponenter, partiklar och vatten Vanligaste tekniker Skrubbteknik PSA (Pressure Swing Adsorption)

29 Gårdsbaserad biogasproduktion Miljöbelastningen minskas samtidigt som förnybar energi utvinns på ett sätt som leder till en hållbar utveckling. Den teoretiska biogaspotentialen från lantbrukssektorn har beräknats till storleksordningen 14 TWh: halm för ca 7 TWh, gödsel och urin för ca 3 TWh, blast och bortsorterad potatis för ca 1 TWh vallgrödor för ca 3 TWh. Av landets totala biogaspotential på omkring 17 TWh beräknas drygt 80 % komma från lantbrukssektorn. Biogasproduktion måste ses som en tänkbar produktionsgren i lantbruket om man tänker sig en storskalig användning av bränslet för elproduktion och fordon.

30 Gårdsbaserad biogasproduktion forts. Utlakningen av kväve från jordbruksmarken är ett stort miljöproblem Det utlakade kvävet orsakar övergödning i vattendrag, sjöar och hav Spridning av stallgödsel vars näring inte kan tas upp i tillräcklig grad av grödorna är en av faktorerna bakom problemet Genom att röta gödseln kan man minska övergödningen och därtill hörande problem. Under biogasrötning av gödseln kan en stor del av det bundna kvävet omvandlas till en form som är mer lättillgänglig för grödan. Man utnyttjar det befintliga kvävet på ett sätt där uppnås en förbättring både för miljö och för produktionen. Inom det ekologiska jordbruket man tillför inte handelsgödsel utan är hänvisad till stallgödsel. Rötad gödsel luktar dessutom betydligt mindre än orötad.

31 Lokal produktion Olika alternativ: Att samla råvaror och transportera till en central produktion och uppgradering skala m 3 Småskalig produktion på lokal råvara skala m 3 Central uppgradering

32 Gård 5 Central produktion i större skala Gård 4 Biogas Uppgradering Gård 3 Gård 2 Syrefri Rötkammare Rötrest Gård 1 Att samla råvaror och transportera till en central produktion och uppgradering skala m3 Avloppsslam!? Organiskt Avfall

33 Lokal produktion i mindre skala Biogas Central Uppgraderings anläggning Rötsubstrat Biogas Gasledningsnätverk Rötsubstrat Biogas Rötsubstrat Biogas Biogas Rötsubstrat Rötsubstrat Småskalig produktion på lokal råvara skala m3

34 Hinds exjobb

35 Biologisk nedbrytning av organisk avfall till biogas Den biologiska nedbrytningen är en komplex process Omvandlingen till biogas är oftast inte fullständig Råvarorna är heterogena i storlek, sammansättning och struktur Svårnedbrytbara fraktioner gör att effektiviteten blir låg

36 Vissa material är svårt att röta

37 Förbehandling av svårnedbrytbara avfallsfraktioner för ökad produktion av biogas Att erhålla en ökad mängd biogas ur samma mängd substrat Nya potentiella avfallsfraktioner kan komma in i biogasproduktionen Finns många åriga erfarenheter inom området i samband med etanol produktion ur lignocellulosa

38 Vi bidrar med forskning om förbehandling Biogas Avfall Förbeha ndling Rötkammaren Mindre och mer utrötade rötrest

39 Förbehandlingsförsök i pilotskala /Hydrolysis anläggning Behandlingdskärl 10L Up till 250 ºC Up till 27 bar Ångexplosion Kemisk hydrolysis

40 Försök i labskala

41 Sobacken Biogas anläggningen i Borås Biogas produktion från avfall Behandlade biologiska avfall: ton/år Rötkammare: 3100 m 3 Biogas produktion 3,5 million Nm 3 /år

42 Nytta av vår forskning Vi fokuserar på svårnedbrytbara avfallsfraktioner Tar fram en optimerad behandlingsmetod för olika typer av dessa Resultaten leder till nya, ekonomiskt mer slagskraftiga biogasanläggningar tillämpade för råvaror som hittills var svåra att ta hand om ökad råvarutillgång och flexibilitet ökat utbyte för befintliga substrat

43 Andra aktörer och länkar Svenska BioGasFöreningen Svenskt Gastekniskt Center AB Jordbruksverket Bioenergiportalen JTI Institutet för Jordbruk och Miljöteknik Landbrukarnas Riksförbund Biogas i Västra Götaland

44 SBGF strävar efter att Underlätta etablering och drift av gårdsbiogasanläggningar genom att: Erfarenheter dokumenteras och förmedlas från de gårdsbiogasanläggningar som byggts eller håller på att byggas. Skapa en referensgrupp bestående av personer med olika erfarenheter på området. Gruppen ska utgöra en resurs för forskning, utveckling, utbildning, rådgivning. Sprida information och att underlätta genomförandet av aktiviteter, såväl lokala som rikstäckande, på området.

45 Tack!