Jämförelse mellan slutna matavfallssystem och säck- och kärlinsamling för biogasproduktion

EXAMENSARBETE INOM BIOTEKNIK, AVANCERAD NIVÅ, 30 HP STOCKHOLM, SVERIGE 2016 Jämförelse mellan slutna matavfallssystem och säck- och kärlinsamling för biogasproduktion SARA FOOLADI KTH SKOLAN FÖR BIOTEKNOLOGI

www.kth.se

Jämförelse mellan slutna matavfallssystem och säck- och kärlinsamling för biogasproduktion Sara Fooladi Examensarbete inom Civilingenjör Industriell- och Miljöbioteknik Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) Avancerad nivå, 30 högskolepoäng Stockholm 2016

Jämförelse mellan slutna matavfallssystem och säck- och kärlinsamling för biogasproduktion A comparison between closed food waste systems and bag and vessel collection for biogas production Sara Fooladi Handledare: Ulf Nordberg (JTI) Examinator: Stefan Ståhl (KTH) Uppdragsgivare: Institutet för Jordbruks- och Miljöteknik AB (JTI) Examensarbete inom Civilingenjör Industriell- och Miljöbioteknik Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) Avancerad nivå, 30 högskolepoäng Stockholm 2016

Sammanfattning I dagens samhälle är matavfall ett av dem viktigaste förnyelsebara energikällorna som finns och det ställs höga krav på att minska matavfallsvinnet samt att kunna ta vara på det matavfall som uppstår. Enligt den svenska regeringens miljökvalitetsmål så skall minst 50 % av matavfallet återvinnas genom biologisk behandling varav minst 40 % av matavfallet skall behandlas för att utvinna energi senast år 2018. Biologisk behandling kan ske i form av rötning, en biologisk nedbrytning av organiskt matavfall. Fördelen med rötning är utvinning av en miljövinst i form av biogas som är en förnyelsebar energikälla. Biogas som alternativ fordonsbränsle minskar utsläpp av växthusgaser då drivmedlet avger låga koldioxid- och partikelutsläpp samt att växtnäring i form av fosfor kan återinföras till kretsloppet. Flera verksamheter exempelvis restauranger och storkök som hanterar matavfall i Sverige vill övergå till att vara mer miljövänliga med avseende på lagstiftningen och en del verksamheter vill använda slutna matavfallskvarnar som ett alternativ för transport av matavfall. Matavfallet som behandlas i kvarnarna finfördelas till små partiklar och transporteras till en tank via ett rörledningssystem. När tanken är full kan matavfallet slamsugas. Syftet med detta examensarbete var att jämföra fyra slutna matavfallssystem gentemot den konventionella säck- och kärlinsamling för biogasproduktion. Målet var att besvara vilka arbetsmiljömässiga, ekonomiska och miljömässiga kundnyttor och mervärden som förekommer vid användning av slutna matavfallssystem för restauranger och storkök. Vidare undersöktes hur biologisk behandling av matavfall genom rötning fungerar samt hur mycket biogas som kan erhållas i varje system. Resultatet visar att matavfallskvarnar medför till bättre ergonomi för både köks- och tömningspersonal, mindre lukt och spill i köket, enklare rengöring av utrustningen, högre kvalité matavfall för rötning, lägre drift-, vatten- och elkostnader, kostnadsbesparingar i form av tid samt ökar brukarens medvetenhet om mängden kasserat matavfall jämfört med säck- och kärlinsamling. Nyckelord: biogas, insamling, kärl, matavfall, matavfallskvarn, rötning, rötrest. I

Abstract In today s society, food waste is one of the most important renewable energy sources available. Due to this, there are high demands on reducing food waste and to be able to utilize the food waste that occurs. According to the Swedish Government s environmental quality goal, at least 50% of the food waste shall be recycled through biological treatment, of which at least 40% of food waste shall be treated in order to extract energy by the year 2018. Biological treatment can occur by anaerobic digestion, biological degradation of organic waste. The advantage of using anaerobic digestion is the extraction of an environmental benefit in the form of biogas as a renewable energy source. The use of biogas as an alternative vehicle fuel reduces greenhouse gas emissions. Furthermore biogas emits low carbon dioxide and particulate emissions, and the nutrients in the form of for instance phosphorus can be reintroduced into agriculture. Several food waste businesses in Sweden e.g. restaurants want to make a transition to be more environmentally friendly in terms of legislation. Some restaurants and caterers want to use closed-food waste disposers as an alternative for the transportation of food waste. The food waste is processed in mills into small particles and transported to a tank through a pipeline system. When the tank is full, a suction vehicle draws out the food waste sludge. The purpose of this thesis was to compare four closed food waste systems against conventional sack and vascular collection for biogas production. The goal was to investigate what work environmental, economic and environmental customer benefits and surplus value are present with the use of sealed food waste systems for restaurants and caterers. A further examination is made of how biological treatment of food waste through anaerobic digestion works, and how much biogas can be obtained in each system. The result shows that food waste disposers improve the ergonomics for both cooking and drain staff, less odor and spillage in the kitchen, easier cleaning of the equipment, higher quality of food waste for anaerobic digestion, lower operating-, water- and electricity costs, cost savings in terms of time and increases the user s awareness of the amount of discarded food waste compared to sack and vascular collection. Key words: biogas, collection, vessel, food waste, food waste disposer, anaerobic digestion, digestate. II

Förord Detta examensarbete omfattar 30 högskolepoäng och har genomförts inom civilingenjörsprogrammet Industriell- och Miljöbioteknik vid Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) i samarbete med Institutet för Jordbruks- och Miljöteknik AB (JTI). Först och främst vill jag tacka min handledare Ulf Nordberg, JTI som har bidragit med sin tid och kunskap i ämnet. Mitt första besök till biogasanläggningen i Västerås kommer att vara ett minne för livet. Jag vill även passa på att tacka Ronny Ekbäck fastighetstekniker med personalen hos Ikano Fastigheter vid Erikslund Shopping Center, Istvan Vörös kökschef med personalen vid Kärrtorps Gymnasium, Lizu Hung kökschef med personalen vid Rudbodaskolan samt Lars Holmqvist med personalen vid Disperator AB för deras tid och engagemang vid studiebesöken. Sist men inte minst vill jag tacka min familj samt nära och kära för deras stöd. III

Innehållsförteckning 1. INLEDNING... 1 2. SYFTE OCH MÅL... 3 2.1 FRÅGESTÄLLNINGAR... 3 2.2 AVGRÄNSNINGAR... 3 3. GÄLLANDE LAGAR, MÅL OCH STRATEGIER... 4 3.1 EU... 4 3.2 NATIONELL NIVÅ... 4 3.3 REGIONAL NIVÅ... 5 3.4 LOKAL NIVÅ... 5 4. MATERIAL OCH METOD... 6 4.1 LITTERATURSTUDIER... 6 4.2 FÄLTSTUDIER... 6 4.3 ANALYS... 6 5. LITTERATURSTUDIER... 8 5.1 ARBETSMILJÖ... 8 5.1.1 Arbetsmiljö insamlingssystem... 8 5.1.2 Mikrobiell arbetsmiljö... 9 5.2 MILJÖPÅVERKAN... 10 5.3 BESKRIVNING AV INSAMLINGSSYSTEM FÖR MATAVFALL... 11 5.3.1 Säck- och kärlinsamling... 11 5.3.2 Matavfallskvarn ansluten till sluten tank... 11 5.3.3 Matavfallskvarn ansluten till fett- och slamavskiljare... 11 5.4 MATAVFALLSHANTERING GENOM RÖTNING... 12 5.4.1 Substrat... 12 5.4.1.1 TS-halt... 12 5.4.1.2 VS-halt... 13 5.4.1.3 Biogasutbyte... 13 5.4.1.4 Substratets näringssammansättning... 13 5.4.2 Förbehandling... 14 5.4.3 Rötning... 15 5.4.3.1 Hydrolys... 16 5.4.3.2 Fermentering... 16 5.4.3.3 Anaerob oxidation (Acetogenes)... 17 5.4.3.4 Metanbildning (Metanogenes)... 17 5.4.4 Biogas och rötrester... 18 5.4.5 Viktiga parametrar i rötningsprocessen... 18 5.5 BESKRIVNING AV STUDERADE MATAVFALLSSYSTEM... 20 5.5.1 Matavfallskvarn GTS matavfallsprocessor... 21 5.5.1.1 Säkerhetskrav... 22 5.5.2 Matavfallskvarn MicWaste pump... 22 5.5.3 Matavfallskvarn NanoVac... 23 5.5.3.1 Säkerhetskrav... 23 5.5.4 Matavfallskvarn för separering av fast- och flytande fraktioner... 24 5.5.4.1 Säkerhetskrav... 25 5.5.5 Säck- och kärlinsamling... 25 6. FÄLTSTUDIER...26 6.1 UTVÄRDERING AV ERFARENHETER FRÅN OLIKA VERKSAMHETER... 26 6.1.1 Arbetsmiljö... 28 6.1.2 Ekonomi... 32 IV

6.1.3 Flexibilitet... 36 6.1.4 Miljö och hälsa... 37 7. RESULTAT...42 8. DISKUSSION...51 9. SLUTSATS...54 BILAGA 1: BILAGA 2: BILAGA 3: BILAGA 4: BILAGA 5: BILAGA 6: Livsmedelslagstiftning Frågor till verksamheter och leverantörer Praktiskt information om platsbesöken Tekniska specifikationer Ekonomiska beräkningar Lönsamhetskurva V

Definitioner Examensarbetet undersöker ett urval av matavfallskvarnar avsedda för restauranger och storkök för biologisk behandling. I denna rapport används matavfall för att benämna biologiskt lättomsättbart avfall från restauranger och storkök. Begreppen som används i rapporten har sammanställts för att underlätta för läsaren och ge ökad förståelse. Aerob Anaerob Avfallsplan Bioaerosoler Biogas Biogödsel Biologisk behandling C/N-kvot Kompostering Matavfall Matavfallskvarn Matavfallsvinn I närvaro av syre. I frånvaro av syre. Ett styrande dokument som uppdateras och beskriver varje kommuns avfallshantering. Luftburna partiklar som utgörs bland annat av bakterier, endotoxiner, organiskt damm och svampar. Ett gasformigt biobränsle som huvudsakligen består utav koldioxid (CO 2 ) och metan (CH 4 ) samt mindre mängder av bland annat ammoniak (NH 3 ), kvävgas (N 2 ) och svavelväte (H 2 S). Biogas framställs genom rötning, mikroorganismers nedbrytning av organiskt matavfall under anaeroba förhållanden. En produkt från rötning som kan ersätta gödsel inom jordbruk. Återvinning av organiskt matavfall genom kompostering eller rötning. Kol till kväve kvoten är ett förhållande mellan kol till kväveinnehållet i t.ex. ett substrat. Biologisk behandling genom nedbrytning av organiskt material t.ex. matavfall. Detta sker under aeroba förhållanden, i närvaro av syre, med hjälp av mikroorganismer, främst bakterier och svampar. Slängt livsmedel eller som enligt lag måste slängas från hushåll, restauranger, storkök och butik. Kvarnsystem som sönderdelar organiskt köksavfall till små partiklar som sedan kan samlas i en separat lagringstank eller spolas ned i avloppsledningsnätet. Livsmedel som slängs men som hade kunnat konsumeras om det hanterats annorlunda. Mesofil Temperaturintervall mellan 15 45. VI

Rötkammare Rötning Rötrest En sluten tank för rötning. Nedbrytning av organiskt lättomsatt material t.ex. matavfall under anaeroba förhållanden, utan närvaro av syre, med hjälp av mikroorganismer. Näringsrik material som återstår efter rötning som kan användas som växtnäring. Termofil Temperaturintervall mellan 45 75. Torrsubstanshalt (TS-halt) Uppehållstid Anger substratets vikt efter torkning och innehåller kvarvarande föreningar då vatteninnehållet indunstats vid 105 i 24 timmar. Tiden som substratet befinner sig i rötkammaren uttryckt i dygn. Volatile solids Flyktiga ämnen, innehåller den förbränningsbara (VS-halt) substansen vid exempelvis 550 i 2 timmar och används vid beräkning av substratets organiska innehåll. VII

Kapitel 1 1. Inledning Matavfall är ett av dem viktigaste förnyelsebara energikällorna och det ställs höga krav från myndigheter och omvärlden på att minska matavfallsmängderna samt dra nytta av det matavfallet som uppstår (Avfallsverige, Rapport 2007:09). Det beräknas att drygt 1,3 miljarder ton matavfall går till spillo globalt varje år (FAO, 2013). Matavfall uppstår i hela livsmedelskedjan exempelvis vid lagring, beredning i kök, skadade råvaror vid leverans, fel i produktionskedjan, passerad bäst-före-datum, överproduktion i köken samt överkonsumtion (Naturvårdsverket, 2014a). Hushåll genererar mest matavfall följt av restauranger, livsmedelsbutiker och storkök. År 2013 uppkom totalt 1 072 000 ton matavfall i Sverige, en ökning med 31 000 ton matavfall från år 2012, se tabell 1 (Naturvårdsverket, 2012, Jensen and Johansson, 2014). Tabell 1. Mängd uppkommet matavfall 2012 och 2013. Tabell ur (Naturvårdsverket, 2012, Jensen and Johansson, 2014). Sektor Uppkommet matavfall 2012 [ton] Uppkommet matavfall 2013 [ton] Andel [%] Hushåll 771 000 793 000 74 Restauranger 142 000 150 000 14 Livsmedelsbutiker 70 000 71 000 7 Storkök 58 000 58 000 5 Totalt 1 041 000 1 072 000 100 Mängden matavfall som uppkommer i Sverige varje år motsvarar drygt 2 miljoner ton koldioxid, ungefär 3 % av Sveriges totala utsläpp av växthusgaser (Naturvårdsverket, 2012). Regeringen har fastställt miljökvalitetsmål för återvinning av uppkommet matavfall i livsmedelskedjan vilket innebär att minst 50 % av matavfallet från hushåll, storkök, butiker och restauranger ska sorteras ut och behandlas biologiskt så att växtnäring tas tillvara, där minst 40 % behandlas, så att även energi tas tillvara år 2018 (Miljödepartementet, 2012). För att uppnå miljökvalitetsmålet föreslår Naturvårdsverket att matavfallet minskar med 20 % till år 2020 för hela livsmedelskedjan utom jordbruk och fiske. Detta motsvarar ungefär en tredjedel av det matavfallssvinn som uppstår (Naturvårdsverket, 2013). Flera verksamheter exempelvis restauranger och storkök som hanterar matavfall i Sverige vill övergå till att vara mer miljövänliga med avseende på lagstiftningen och en del verksamheter vill använda alternativa system till säck- och kärlinsamling av matavfall. Enligt Livsmedelslagstiftning inom EU fr.o.m. den 1 januari 2006, förordning nr 852/2004, skall man avskilja matavfall från köksutrymmen där man förvarar, förbereder och tillagar mat för att undvika kontaminationsrisken, se Bilaga 1 (Livsmedelsverket, nr 852/2004). Ur ekonomisk synpunkt kan välfungerade insamlingssystem med höga investeringskostnader på längre sikt gynna verksamheterna. Matavfallskvarnar kopplade till en separat lagringstank är ett alternativ till säck- och kärlinsamling. Kvarnsystem kan delas in i två grupper med avseende på storlek, små 1

kvarnsystem vars tank volym är upp till 1 m 3 och större kvarnsystem (Avfallsverige, Rapport 2007:09). Matavfallet tillförs kvarnen genom en öppning i inkastbänken och finfördelas med hjälp av en kvarn till små partiklar och transporteras sedan med hjälp av exempelvis vatten eller vakuum till en separat lagringstank. Slutna matavfallskvarnar har flera fördelar såsom bättre biogasproduktion, enkel hanteringoch rengöring av maskinvara jämfört med säck- och kärlinsamling. Biologisk behandling kan ske i form av rötning, en biologisk nedbrytning av organiskt material t.ex. matavfall. Fördelen med rötning är utvinning av en miljövinst i form av biogas som är en förnyelsebar energikälla. Användning av biogas som alternativ fordonsbränsle minskar utsläpp av växthusgaser då drivmedlet avger låga koldioxidoch partikelutsläpp. Rötrester från rötning bidrar till växtnäring i form av fosfor och kan återinföras till kretsloppet. 2

Kapitel 2 2. Syfte och mål Syftet med detta examensarbete är att beskriva och jämföra några utvalda slutna matavfallskvarnar kopplade till tank med konventionell säck- och kärlinsamling för biogasproduktion. Målet med examensarbetet är att: Bidra med en fördjupad beskrivning om matavfallssystem och biogasproduktion. Utvärdera om matavfallskvarnar är ett arbetsmiljömässigt, ekonomiskt och miljömässigt berättigat val för restauranger och storkök. Undersöka verksamheters användning av utvalda matavfallsystem. Föreslå lämpliga förbättringsförslag för matavfallssystem utifrån arbetsmiljö, ekonomi och miljömässiga aspekter. 2.1 Frågeställningar För att erhålla nödvändig bakgrundsinformation för att genomföra examensarbetet så ska följande frågeställningar besvaras: Vilka arbetsmiljömässiga, ekonomiska och miljömässiga för- och nackdelar förekommer vid användning av slutna matavfallssystem för restauranger och storkök gentemot säck- och kärlinsamling? Hur mycket biogas kan erhållas i de utvalda slutna matavfallssystemen? 2.2 Avgränsningar Detta examensarbete avser att studera hantering av matavfall som uppkommer från restauranger och storkök i skolor och omhändertas med hjälp av matavfallskvarn. Matavfallskvarnar kan anslutas på olika sätt men i denna rapport behandlas endast matavfallskvarnar anslutna till en separat lagringstank, ej matavfallskvarn kopplat till fett- och slamavskiljare, matavfallskvarn kopplat direkt till avloppsledningsverket och matavfallskvarn installerade på fartyg och dylikt. En beskrivning av matavfallskvarn kopplat till fett- och slamavskiljare erhålls i avsnitt 5.3.3 Matavfallskvarn ansluten till fett- och slamavskiljare, men diskuteras inte vidare i utvärdering och analys delen. Behandlingen av matavfallet sker genom biologisk behandling i form av rötning för biogasproduktion. 3

Kapitel 3 3. Gällande lagar, mål och strategier Avfallshantering regleras genom lagar och förordningar, mål och strategier beslutade på EU-, nationell-, regional- och lokal nivå. 3.1 EU Regleringar för avfall inom EU finns i Europaparlamentets och rådets direktiv 2008/98/EG samt avfallsdirektivet. Dessa direktiv anger bl.a. EU:s avfallshierarki med en prioriteringsordning för att förebygga avfall. Där följande ordning ska följas: 1. Förebyggande genom att minimera mängden avfall som uppstår. 2. Återanvändning exempelvis genom pantsystem eller inlämning av kläder hos second hand butiker. 3. Materialåtervinning genom att avfallet används som råvara vid framställning av nya produkter, exempelvis plast, metall, glas, papper men även vid biologisk behandling genom kompostering och rötning. 4. Energiåtervinning genom bland annat att ersätta andra energi former exempelvis olja och kärnkraft. 5. Deponering är det sista valet om återvinning inte är möjligt. EU:s avfallshierarki eller avfallstrappa styr hur avfallet i Sverige tas omhand, se figur 1. Förebyggande Materialåtervinning Återanvändning Energiåtervinning Deponering Figur 1. EU:s avfallshierarki, där avfallet tas omhand genom följande prioritetsordning; förebyggande, återanvändning, materialåtervinning, energiåtervinning och slutligen deponering. Bildkälla ur Avfall Sverige. 3.2 Nationell nivå I miljöbalken 15 kapitel 5 anges att avfall ska hanteras på ett hälso- och miljömässigt korrekt sätt. En hållbar avfallshantering har sin grund från de nationella miljökvalitetsmålen och regeringen har fastställt 16 miljökvalitetsmål. Miljökvalitetsmålen utvärderas och kompletteras med delmål för att bedöma om 4

miljömålen kan uppnås vid år 2020. Miljömålen som har störst betydelse för avfallshanteringen är miljömål nummer 1 Begränsad klimatpåverkan, miljömål nummer 4 Giftfri miljö och miljömål nummer 15 God bebyggd miljö. Enligt den svenska regeringens miljökvalitetsmål God bebyggd miljö för ökad resurshållning hos hushåll, restauranger, storkök och butiker så skall: Insatser vidtas så att minst 50 % av matavfallet återvinnas genom biologisk behandling så att växtnäring tas tillvara, varav minst 40 % av matavfallet skall behandlas för att utvinna energi senast år 2018 (Naturvårdsverket, 2014b). Enligt Naturvårdsverkets sammanställning av matavfallshantering 2013, så finns det ett behov av flera åtgärder och nya styrmedel för att i dagsläget nå miljökvalitetsmålen till år 2020 (Naturvårdsverket, 2014c). För att uppnå miljökvalitetsmålet föreslår Naturvårdsverket att matavfallet ska minska med 20 % till år 2020 för hela livsmedelskedjan utom jordbruk och fiske. Detta motsvarar ungefär en tredjedel av matavfallssvinnet. Styrmedlen som föreslås är kommunikation mellan deltagande och bidragande aktörer exempelvis livsmedelsindustrin, regeringen och genom skolundervisning att minska matavfallssvinn i kommuner. Ett förslag är att dessa åtgärder och styrmedel följs upp 3 4 år innan 2020 för att säkerställa att målet uppnås och takten för matavfallet minskat (Naturvårdsverket, 2013). 3.3 Regional nivå För att uppnå miljökvalitetsmålen skapar länsstyrelsen och andra myndigheter en dialog med kommuner och andra aktörer för att säkerhetsställa att regionala miljömålen för länet uppnås. Handlingsplaner för varje regional miljömål tas fram och innehåller åtgärder samt tidpunkt för när dessa ska vara uppnådda. Länsstyrelsen har i uppgift att utvärdera och sammanställa handlingsplanerna för att måluppfyllelse ska redovisas till riksdagen en gång om året (StockholmsStad, 2013). 3.4 Lokal nivå Lagkraven utgår ofta från EU-direktiven. Enligt miljöbalken (SFS 1998:808) finns det ett krav på att varje kommun ska upprätthålla en renhållningsordning som innehåller både föreskrifter och avfallsplan. Avfallsplanen är ett styrande dokument som uppdateras och anger vilka mål och åtgärder som kommunen måste upprätthålla för att minska mängden avfall som uppstår och omhänderta avfallet på ett miljöriktigt sätt. Enligt Avfall Sverige finns det 170 kommuner med separat insamling av matavfall år 2015 (Avfallsverige, 2015a). För att uppnå miljökvalitetsmålet så krävs det att kommuner inför matavfallssystem för biogasproduktion och kompostering. Det krävs att insamlingssystemen fortsätter att utvecklas för att bli mer effektiva och ge en förbättrad lönsamhet hos biogasanläggningarna. Konsortiet Svenska Miljöemissions data (SMED) analyserade målet under år 2013 och fann att 25 % av matavfallet sorterades och behandlades biologiskt (Naturvårdsverket, 2014d). 5

Kapitel 4 4. Material och metod I rapporten ingår insamlingssystem för matavfall från restauranger och storkök och delas in i tre faser: Litteraturstudier Fältstudier Analys 4.1 Litteraturstudier Litteraturstudien omfattar insamling av information från sökningar på Internet och relevanta rapporter. Litteraturstudien syftade till att inhämta information om: Olika insamlingssystem för matavfall. Utvalda slutna matavfallssystem som finns på marknaden i Sverige. Arbetsmiljö som råder vid avfallshantering. Miljöpåverkan som råder vid avfallshantering. Nyckeltal som påverkar införande av slutna matavfallssystem. Hur biologisk behandling fungerar. Ingående parametrar i rötningsprocessen som påverkar biogasproduktionen. 4.2 Fältstudier För att kunna inhämta information om praktiska erfarenheter genomfördes platsbesök vid Erikslund Shopping Center i Västerås, Kärrtorps Gymnasium i Stockholm samt Rudbodaskolan i Stockholm för insamling av erfarenheter från verksamheterna som i dagligt bruk använder matavfallskvarnar. Inför fältstudierna tillkom förberedelser och informationssökningar: Berörda leverantörer kontaktades för att ta reda på vilka restauranger och storkök som använder deras matavfallskvarn. Verksamheterna kontaktades och en avstämning genomfördes om tid och datum samt att få en tilldelad kontaktperson. Frågor till verksamheterna och leverantörer förbereddes och skickades inför intervjutillfället till kontaktpersonen några dagar innan besöket. Se Bilaga 2. Vid besökstillfället erhölls en genomgång om matavfallskvarnen och dess funktioner, praktiska hantering, arbetsmiljö, ekonomi, förbättringstankar etc. 4.3 Analys Information från litteraturstudie och fältstudier analyserades. Detta genomfördes genom att sammanställa svaren från besöken samt att skapa en Exceltabell med nyckeltal för att få en god översikt inför jämförelsen. Därefter infördes ett poängsystem för att analysera utvalda matavfallskvarnar och säck- och kärlinsamling. Dokumentering till rapporten har skett löpande under projektets gång. 6

För att ge mer relevanta jämförelser gällande arbetsmiljömässiga, ekonomiska och miljömässiga för- och nackdelar för de olika insamlingssystemen så har storleken på köken valts att delas in i olika storlekar: Små kök Medelstora kök Stora kök Upp till 300 matportioner per dag. Upp till 1000 matportioner per dag. Minst 2000 matportioner per dag. Undersökningen gäller två fall där små- och medelstora kök omfattar köksverksamheter som är verksamma under en begränsad tid på året exempelvis skolor. Stora kök omfattar köksverksamheter som är verksamma enligt kalenderår exempelvis sjukhus och Food Court. 7

Kapitel 5 5. Litteraturstudier Litteraturstudien har delats in i olika avsnitt om arbetsmiljö, miljö, beskrivning av insamlingssystem för matavfall, matavfallshantering genom rötning och beskrivningar av studerade matavfallssystem. 5.1 Arbetsmiljö Arbetsmiljön vid insamling av matavfall regleras av arbetsmiljölagen, föreskrifter och förordningar. Kommuner fastställer föreskrifter om avfallshantering och är ett viktigt verktyg för arbetsmiljöfrågor. Föreskrifter av stor betydelse är AFS 1998:1 och AFS 2012:02 Belastningsergonomi och AFS 2000:1 Manuell hantering. Enligt AFS 1998:1 anses det olämpligt att hantera objekt som väger mer än 25 kilo. Flera kommuner har valt att begränsa storleken på matavfallskärlen till 140 liter för minskad belastning. AFS 2012:02 berör förebyggande för hälsofarliga eller onödigt tröttande belastningar samt planering av lämpliga installationsutrymmen för enkel åtkomlighet, service och underhåll. Dragvägen för avfallshanteringen bör vara kort och plan utan hinder (Avfallsverige, Rapport U2011:19). Statistik visar att 15 arbetsolyckor har skett mellan år 2009 2013 vid användning av större avfallskärl och avfallsbehållare inom restaurang, catering- och barverksamheter, se tabell 2. Tabell 2. Statistik för arbetsolyckor vid användning av avfallskärl och avfallsbehållare inom restaurang-, catering- och barverksamheter, mellan år 2009-2013. Ärende nummer Orsak Män Kvinnor Totalt 11090600 Avfallskärl, avfallsbehållare 5 10 15 Det finns ingen specifik statistik för arbetsolyckor relaterade till bruk av matavfallskvarnar. Vid implementering av matavfallskvarnar är det viktigt att ta hänsyn till Arbetsmiljöverkets föreskrifter och allmänna råd. 5.1.1 Arbetsmiljö insamlingssystem Arbetsmiljön varierar för köks- och tömningspersonal beroende på val av matavfallssystem och har i detta projekt delats in i: Säck- och kärl Matavfallskvarn ansluten till tank Säck- och kärl Manuell hantering av säck- och kärl innebär ofta tunga lyft för köks- och insamlingspersonal. Kärlhiss och kärlvändare förekommer för att underlätta hämtningsprocessen. Kärlhiss används för tömning av kärl med baklastade fordon och kärlanvändare hanterar matavfallskärl med storleken 140 1100 liter (Avfallsverige, Rapport U2011:19). Regelbunden rengöring av matavfallskärlen krävs för att undvika lukt i kärl och soputrymmen. Vissa kommuner använder insatssäckar i kärlen för att 8

underlätta rengöringen och rekommenderar grundlig rengöring 2 3 gånger per år (Käppalaförbundet and SÖRAB, 2009). Matavfallskvarn ansluten till tank Matavfallskvarn ansluten till tank förbättrar hygienen för köks- och tömningspersonal. Svårtillgängliga soprum och förflyttningar av tunga kärl undviks och ersatts av matavfallskvarnar med ergonomiskt anpassade inkastbänkar för matavfallstömning. Överträdelse av hygienzoner för matavfall undviks vid slutna matavfallssystem som förhindrar uppkomsten av lukt och ohyra. Regelbunden rengöring krävs av inkastbänken och tanken för att förhindra uppkomsten av olägenheter. Förbättrad arbetsmiljö erhålls vid god placering av tanken och god framkomligheten för maskinell hantering med slamsugningsbil (Käppalaförbundet and SÖRAB, 2009). 5.1.2 Mikrobiell arbetsmiljö Vid insamling av matavfall finns det risk för att personalen exponeras av bioaerosoler, som påverkas av olika steg inom matavfallshanteringen exempelvis vid insamling tömning och förvaring av matavfall. Bioaerosoler utgörs av bland annat bakterier, endotoxiner, organiskt damm och svampar. Vid användning av kärl förekommer bakterier, mögel och svampar och organiskt damm kan förekomma vid tömning av matavfallet. Organiskt damm är aerosoler eller partiklar med ursprung från djur, mikroorganismer eller växter och innehåller främst endotoxiner (toxiner som släpps ut av gram-negativa bakterier), mögelsporer och bakterier. Spridningen av organiskt damm beror på lufttäthet och luftströmmar. Föreskriften AFS 2011:18 Hygieniska gränsvärden innehåller den föreslagna högsta tillåtna halten luftföroreningar för inandning (Avfallsverige, Rapport U2011:19). Det fastställda gränsvärdet för organiskt damm under en normal 8 timmars arbetsdag är 5 mg/m 3 (AvfallSverige, Rapport 2008:14). Fuktigare matavfall instängda i påsar eller kärl samt täta matavfallssystem minskar bildningen av organiskt damm på grund av tyngre matavfall. Torrt matavfall väger mindre och ökar bildningen av organiskt damm. Vissa kommuner väljer att ta bort locken från kärlen för ökad avdunstning och ventilation vilket ger lättare kärl. Nackdelen är ökad risk för spridning av organiskt damm (Avfallsverige, Rapport U2011:19). Bioaerosoler påverkar hälsan och kan ge upphov till andnings- och infektionssjukdomar. Åtgärder har framtagits för att minska exponering av bioaerosoler exempelvis genom installation av ventilationssystem på insamlingsfordon, användning av insatssäckar i kärl samt att undvika manuell förflyttning mellan säckar och kärl (AvfallSverige, Rapport 2008:14). 9

5.2 Miljöpåverkan Miljöpåverkan regleras av miljöbalken, föreskrifter och förordningar. Miljön påverkas genom hela livsmedelskedjan och hanteringen därefter. Det är därför viktigt att ta hänsyn till hur hanteringen av matavfall kan optimeras för att minska miljöpåverkan. Ökande matavfallsmängder till biologisk behandling medför ett ökat utsläpp av ammoniak (NH 3 ), lustgas (N 2 O) och metan (CH 4 ) till luft samt metaller och smittämnen till mark och vatten. Förvaring av matavfall medför risk för lukt och olägenheter för närboende. Miljöpåverkan vid kompostering beror på avfallets sammansättning och driftsätt. Välfungerande reaktorkompostering minimerar utsläpp till luft. Strängkompostering medför ammoniakutsläpp och vid stora strängar eller begränsad luftning sker metanutsläpp. Miljöpåverkan vid slutna reaktorrötning kan försummas men det kan uppstå metanutsläpp vid in- och utmatning, efterlagring och behandling av biogas (Naturvårdsverket, 2003). Vid transport av matavfall kan färre tömningsintervaller bidra till färre transporter med tömningsfordon. Färre sophanteringstransporter leder till mindre utsläpp av bilavgaser, mindre buller och vägslitage samt minskar risken för färre olycksfall i trafiken. Matavfall som behandlas biologiskt bidrar till flera fördelar för miljön. Matavfall som transporteras till en rötkammare bidrar till framställning av biogas, en förnyelsebar energikälla. Användning av biogas som alternativ fordonsbränsle minskar utsläpp av växthusgaser då drivmedlet avger låga koldioxid- och partikelutsläpp jämfört med andra drivmedel (Naturvårdsverket, 2014b). Fördelar som noterats är bland annat: Om Sverige insamlade 70 % av allt matavfall till rötning skulle det möjliggöra ersättning av 67 miljoner liter bensin. Detta motsvarar en årsförbrukning för drygt 56 000 bilar (som i snitt kör 1500 mil, 0,8 l/mil) och skulle således minska koldioxidutsläppen med 327 000 ton. 0,3 kg koldioxidutsläpp kan undvikas för varje kilo matavfall som rötas. En soppåse som i snitt väger 2,2 kg motsvarar 2,5 km körning med en personbil. På 1000 bananskal som rötas kan man köra drygt 100 km. Biogas bidrar även till uppvärmning av hushåll och ökad elproduktion. Rötresterna som produceras vid framställning av biogas används som växtnäring i form av biogödsel (Naturvårdsverket, 2014b). Rötrester används för återinföring av kväve till kretsloppet. Rötrester som används till biogödsel behöver vara certifierad för ekologisk produktion samt innehålla en stor mängd växtnäring. För att rötresten skall bli certifierad så ska det inte innehålla stora mängder oönskade ämnen exempelvis smittämnen och metaller. Matavfall som uppfyller dessa krav får SPCR 120 Certifiering av biogödsel. Rötrester från källsorterat matavfall från hushåll och restauranger kan endast användas från slutna insamlingssystem exempelvis matavfallskvarnar. Slutna insamlingssystem ökar spårbarheten av matavfallet, möjliggör identifiering av eventuella kontaminationer samt ger en högre kvalité. Om miljökvalitetsmålet på minst 40 % av matavfallet behandlas så att växtnäring tas tillvara bidrar rötrester med 5 % av mängden kväve och 4 % av mängden fosfor som kan återinföras till kretsloppet. Miljöpåverkan beror på hanteringen av matavfall och i dagsläget är det oklart om återanvändning i jordbruket minskar miljöbelastningen jämfört med systemen som används i nuläget (Salomon and Wivstad, 2013). 10

5.3 Beskrivning av insamlingssystem för matavfall Insamlingssystem för matavfall från restauranger, storkök och butiker kan ske på ett flertal olika sätt. Nedan beskrivs två system, manuell hantering med säck- och kärl och med hjälp av maskinell utrustning, matavfallskvarn kopplad till separat lagringstank med eller utan slam- och fettavskiljare, se figur 2. Beredning i kök Avloppsledningsnätet Insamling Transport Förvaring Transport Behandling Slutprodukter Kvalitetskontroll Säck Manuell hantering Kärl Sopbil Förbehandling Rötning Biogas Rötrest Matavfallskvarn ansluten till tank Pump/ vakuum Lagringstank Slamsugningsbil Rötning Biogas Rötrest Matavfallskvarn ansluten till tank med slam- och fettavskiljare Pump/ vakuum Slam- och fettavskiljare Slamsugningsbil Avloppsledningsnätet Rötning Figur 2. Insamlingssystem för matavfall: säck- och kärlinsamling, matavfallskvarn kopplade till separat lagringstank, matavfallskvarn kopplade till separat lagringstank med slam- och fettavskiljare. Biogas Rötslam Biogas Rötrest 5.3.1 Säck- och kärlinsamling Säck- och kärlinsamling är för närvarande den vanligaste insamlingsmetoden för matavfall. Källsorterat matavfall samlas in i separata kärl. Kärlen förvaras ofta i kylrum avsedd för insamling av matavfall och töms med en sopbil. Matavfall transporteras till en rötkammare (Insynsverige, 2012). 5.3.2 Matavfallskvarn ansluten till sluten tank Matavfallskvarnen placeras i antingen beredningsrum eller diskrum i köket. Matavfallet finfördelas i kvarnen till en pumpbar slurry och transporteras med hjälp av pump eller vakuum via rörledningar till en separat lagringstank. En slamsugningsbil tömmer lagringstanken vars innehåll transporteras till en rötkammare (Insynsverige, 2012). 5.3.3 Matavfallskvarn ansluten till fett- och slamavskiljare Matavfallskvarnen placeras i beredningsrum eller diskrum i köket. Matavfallet mals ner i kvarnen där flytande fraktionerna transporteras via rörledningar till en separat lagringstank som är kopplad till en fettavskiljare. En slamsugningsbil tömmer lagringstanken vars innehåll transporteras till en rötkammare (Insynsverige, 2012). 11

5.4 Matavfallshantering genom rötning Biologisk behandling av matavfall kan ske genom aerob nedbrytning (i närvaro av syre) och anaerob nedbrytning (utan närvaro av syre). Kompostering är en form av biologisk behandling som sker under aeroba förhållanden. Nedbrytningen sker med hjälp av mikroorganismer, främst bakterier och svampar. Energin som frigörs avgår i form av värme. I Sverige finns det ett hundratal komposteringsanläggningar som behandlar källsorterat matavfall (Avfallsverige, 2015b). Rötning är en form av biologisk behandling av matavfall som sker under anaeroba förhållanden. Anaeroba mikroorganismer bryter ner organiska molekyler (fett, kolhydrater och proteiner) till huvudsakligen metan (CH 4 ) och koldioxid (CO 2 ), vars blandning kallas biogas. Flera mikrobiella samhällen finns närvarande samtidigt vid framställning av biogas och således är det viktigt att mikroorganismerna har rätt förutsättningar när det gäller miljö och näringssammansättning (Naturvårdsverket, 2014b). Varje steg i biogasproduktionen finns i figur 3 och beskrivs i följande avsnitt (Jarvis and Schnürer, 2009). Biogas Substrat Förbehandling Hydrolys Fermentering Metanbildning Rötning Rötrester Figur 3. Olika stegen av rötning för framställning av biogas från substrat till slutgiltig produkt. Bildkälla ur (Jarvis and Schnürer, 2009). 5.4.1 Substrat Substrat som används vid biogasanläggningar består utav matavfall från industri, jordbruk och fiske, hushåll, restauranger, storkök samt livsmedelsindustrin, fast- och flytande gödsel, jordbruksrester och jordsgrödor, slam, process spill från livsmedelsindustrin samt avfall från massa- och pappersindustrin. I första hand är det nödvändigt att substratet skall vara anaerobt nedbrytbart, men det finns en mängd parametrar som TS, VS, biogasutbyte och näringssammansättning som måste beaktas när ett substratslämplighet ska utvärderas (Carlsson and Uldal, 2009). 5.4.1.1 TS-halt Torrsubstanshalt (TS) anger substratets vikt efter torkning och innehåller kvarvarande föreningar då vatteninnehållet indunstats vid 105 i 24 timmar. Generellt sett kräver substrat med hög TS-halt (>10 15 %) ofta spädning för att kunna fungera i transportsystemet, pumpar och vid omrörning i en biogasanläggning. Fettrika substrat såsom grädde (60 % TS) och melass (85 % TS) är undantag då dessa substrat har höga TS-halter vars sammansättning inte behöver spädas då dessa är pumpbara i rötkammaren. Substrat som har låg TS-halt (<10 %) behöver inte spädas och kan således användas för att späda ut substrat som har en högre TS-halt. Matavfall från restauranger och storkök har normalt en TS halt på 18 20 %, se tabell 3 (Carlsson and Uldal, 2009). 12

5.4.1.2 VS-halt Volatile solids (VS) glödförlust innehåller den förbränningsbara substansen vid 550 i 2 timmar och används vid beräkning av substratets organiska innehåll. Det är endast den organiska delen av TS som kan brytas ned i rötkammaren och därmed ger hög VS-halt generellt sett högre biogasutbyte per volymenhet. I vissa fall ger en hög VShalt inte ett högt biogasutbyte och detta gäller exempelvis cellulosa och lignin som inte bryts ner under kort tid i rötkammaren, se tabell 3 (Carlsson and Uldal, 2009). Tabell 3. Genomsnittlig TS-halt och VS-halt för källsorterat matavfall från hushåll, restauranger och storkök. Tabell ur (Carlsson and Uldal, 2009). Källsorterat matavfall - hushåll Källsorterat matavfall - restauranger Källsorterat matavfall - storkök TS [%] 33 27 13 VS [%] 85 87 93 5.4.1.3 Biogasutbyte Biogasutbytet beror på en mängd olika faktorer såsom substratets sammansättning, partikelstorlek, uppehållstid i rötkammaren, den organiska belastningen, temperatur och hur pass effektiv omröraren är. Fett ger högt biogasutbyte (1,37 Nm 3 /kg VS) och högt metanutbyte (70 %), protein ger lågt biogasutbyte (0,64 Nm 3 /kg VS) och högt metanutbyte (80 %) medan kolhydrater ger låg metanhalt (0,42 Nm 3 /kg VS) och lågt metanutbyte (50 %), se tabell 4 (Carlsson and Uldal, 2009). Tabell 4. Biogas- och metanutbyten från fett, kolhydrater och protein. Tabell ur (Carlsson and Uldal, 2009). Substrat Biogas [Nm 3 /kg VS] Metan [Nm 3 /kg VS] Metan [%] Fett 1,37 0,96 70 Kolhydrater 0,84 0,42 50 Protein 0,64 0,51 80 5.4.1.4 Substratets näringssammansättning Substratets sammansättning påverkar nedbrytningshastigheten där material såsom halm tar längre tid att bryta ner. Ju mer finfördelat substratet är desto större angreppsyta finns tillgängligt för mikroorganismer vilket leder till en högre nedbrytningshastighet att bryta ner substratet (Carlsson and Uldal, 2009). I rötningskammaren finns det flera olika mikroorganismer vars celler behöver näring för tillväxt i form av makroelement, mikroelement, spårämnen och vitaminer. Makroelement utgör den största delen av cellen och består utav kol (C), kväve (N), fosfor (P), väte H och syre (O). Mikroelement behövs i måttliga koncentrationer och består utav svavel (S), kalium (K) och magnesium (Mg), se figur 4 (Larsson, 2011). 13

1 1 0,5 14 8 3 50 Kol (C) Syre (O) Kväve (N) Väte (H) 20 Fosfor (P) Svavel Kalium (K) Magnesium (Mg) Figur 4. Grundämnessammansättningen av de viktigaste inslagen samt procentandelen i en cell. Kvoten mellan kol och kväve (C/N-kvoten) har visat sig ha stor betydelse för celltillväxten och varierar beroende på substrat. Det är viktigt att kvoten inte blir för hög, för mycket kol i relation till kväve då mikroorganismerna kan få kvävebrist och därmed avtar nedbrytningsprocessen. Det är även viktigt att kvoten inte är lägre än 10 15, för lite kol i relation till kväve då mikroorganismerna kan drabbas av ammoniak inhibering och höga ph-värden. Den optimala C/N-kvoten för biogasproduktion är mellan 15 25 (Jarvis and Schnürer, 2009). Fosfor har stor betydelse för celltillväxten och alla celler har en intern fosforkälla i form av fosfat på grund av exempelvis jämvikten mellan energikällorna adenosintrifosfat (ATP), adenosindifosfat (ADP) och fosfat (P i ). Vid låga fosfor halter använder cellen den interna fosforkällan för att producera nya celler (Larsson, 2011). Vid för låga fosfor halter ökar koncentrationen av tungmetaller i cellen exempelvis kadmium som är toxiska för cellen vid för höga halter och inhiberar celltillväxt (Ji and Sherell, 2008). Låga kalium halter minskar celltillväxten då kväve koncentrationen ökar och inhiberar celltillväxt, vilket tyder på att kväve är toxisk för cellen vid låga halter kalium (Hoff, 2006). Spårämnen behövs i låga koncentrationer och består utav kobolt (Co), järn (Fe), koppar (Cu), kalcium (Ca), mangan (Mn), zink (Zn), molybden (Mo) samt vitaminer för tillväxt (Larsson, 2011). Spårämnen har enligt flera vetenskapliga artiklar visat sig vara av stor betydelse genom att stimulera biogasproduktion och metanbildande mikroorganismer (Jarvis and Schnürer, 2009). Brist på spårämnen kan inhibera mikroorganismers celltillväxt. 5.4.2 Förbehandling Förbehandling av matavfall behövs då det är insamlat i ett system med säck- och kärl. Det är inte nödvändigt i samma omfattning vid användning av slurry från kvarn till tank system. Matavfall genomgår förbehandling genom sönderdelning och siktning. Dessa steg avser att öka substratets nedbrytningshastighet, avlägsna material och föremål som kan påverka efterföljande behandlingssteg på ett negativt sätt (Nordberg, 14

2006). Förbehandlingen kan delas in i fyra delar: Sönderdelning Siktning Konditionering Hygienisering Sönderdelning av materialet sker vanligtvis genom exempelvis en kvarn eller skruv för att minska partikelstorleken och öka lösligheten som därmed ökar materialets tillgänglighet för den anaeroba nedbrytningen. För att möjliggöra en bra och homogen produkt, ska den sönderdelade partikelstorleken vara mindre än 12 mm. Substrat med hög partikel storlek kan orsaka TS-halt igensättningar i pumpar och annan transportutrustning (Jarvis and Schnürer, 2009). Siktning är en sorteringsmetod som separerar brännbara fraktioner exempelvis papper och plast från substratet. Vanligaste sorteringsutrustningen är en trumsikt avsedd för torrt material och består av en trumma med hål av en bestämd storlek, som tillåter partiklar med mindre diameter än siktens hål att falla igenom medan partiklar med större diameter stannar kvar (Nordberg, 2006). Ett annat alternativ för sortering är skivsiktar som består av rader av vertikala roterande skivor med ett visst avstånd. Små och tunga partiklar faller mellan skivorna och stora och lätta föremål exempelvis papper och plast transporteras till änden av siktytan och avlägsnas (Lund Hansen et al., 2007). Skruvpress används för att pressa substratet till en torr/fast (rejekt) fraktion för kompostering eller förbränning och en våt (slurry) fraktion för biogasutvinning (Nordberg, 2006). Konditionering av substratet avser att uppnå en viss TS-halt genom att avlägsna exempelvis kvarvarande plast och sedimenteringsbar material exempelvis sand som kan störa rötningsprocessen. För att upprätthålla en lämplig TS-halt kan spädningsvätska i form av processvatten tillsättas (Nordberg, 2006). Hygienisering sker antingen innan, vilket är mest förekommande, eller efter rötning och avser reducera smittorisken. Substratet upphettas till 70 C under minst en timme (Jarvis and Schnürer, 2009). 5.4.3 Rötning Rötning av organiskt material sker under anaeroba förhållanden med hjälp av anaeroba mikroorganismer. Rötningsprocessen delas in i fyra huvudsteg: Hydrolys Fermentering Anaerob oxidation Metanbildning Organiskt material bryts ner till metan och koldioxid det vill säga biogas, se figur 5. 15

Organiskt material (t.ex. fett, kolhydrater, proteiner) Hydrolys Lösliga organiska föreningar (t.ex. aminosyror, fettsyror, sockerarter) Fermentering I ntermediära produkter (t.ex. alkoholer, ammoniak, organiska syror) H 2 + CO 2 (vätgas +koldioxid) Hydrogenotrof metanogenes Anaerob oxidation Metanbildning CH 3 COOH ättiksyra Acetotrof metanogenes CH 4 + CO 2 (metan + koldioxid) Biogas Figur 5. Beskrivning av de fyra huvudstegen för rötning. Bildkälla ur (Jarvis and Schnürer, 2009). 5.4.3.1 Hydrolys Det första steget i rötningsprocessen är hydrolys av lättomsatt organiskt material exempelvis matavfall i form av fett, kolhydrater och proteiner. Mikroorganismer utsöndrar exoenzymer som katalyserar processen utanför cellväggen. För att mikroorganismerna skall kunna ta upp näringsämnen är det nödvändigt att omvandla organiskt material till aminosyror, mindre fettsyror och mindre komplexa sockerarter (Olsson et al., 2014). Tidsåtgången kan variera beroende på substrat (Jarvis and Schnürer, 2009). 5.4.3.2 Fermentering Nästa steg är fermentering av hydrolysens produkter till exempelvis alkoholer, fettsyror och mjölksyror. Detta steg involverar fler mikroorganismer än övriga steg i rötningsprocessen, vilket medför en betydligt snabbare process som i sin tur är mindre känslig mot processförändringar. Om processen sker för fort leder detta till surjäsning, vilket innebär att bakterier i hydrolys- och fermenteringssteget växer snabbare än metanbildande mikroorganismer i efterföljande steg. En ökad koncentration av organiska syror produceras och konsumeras i en lägre takt vilket sänker ph och kan orsaka toxiska biverkningar (Jarvis and Schnürer, 2009). Lämpligt ph-värde bör ligga mellan 5 7 (Naturvårdsverket, 2003). Organiskt kväve bryts ner till ammonium (NH 4 + ) och ammoniak (NH 3 ) som står i jämvikt. Jämviktens förskjutning beror på ph 16

och temperatur, där högt ph och temperatur bidrar till ökad ammoniakproduktion. Proteinrika substrat innehåller långa aminosyror som gemensamt har amingrupper (-NH 2 ). I fermenteringssteget frigörs amingrupperna till ammoniak eller ammonium och vid högt ph och temperatur bildas ammoniak vilket kan medföra toxiska påföljder. Halten ammoniak varierar mellan biogasanläggningar men vanligtvis inhiberas mikroorganismernas tillväxt vid koncentrationer mellan 2 3 g NH 3 /l. Däremot har det även påvisats att låga koncentrationer som 0,15 g NH 3 /l har inhiberat tillväxt (Jarvis and Schnürer, 2009). 5.4.3.3 Anaerob oxidation (Acetogenes) Nästa steg är anaerob oxidation där alkoholer och organiska syror oxideras till acetat, vätgas och koldioxid med hjälp av anaeroba mikroorganismer. I detta steg använder acetogena bakterier protoner (H + ) som elektronmottagare vilket leder till att vätgas (H 2 ) bildas. Bildandet av acetat (CH 3 COO - ) kan enbart ske vid låga vätgastryck. Låga vätgashalter ger högre energiutbyte för mikroorganismernas tillväxt, vilket innebär att vätgas kontinuerligt måste tas bort för att undvika att mikroorganismerna slutar växa. Acetogena bakterier lever i symbios med metanbildande mikroorganismer som kan växa i höga vätgastryck. Under metanbildande steget förbrukas vätgas av metanbildande mikroorganismer och upprätthåller därmed ett lågt vätgastryck för acetatbildning (Deublein and Steinhauser, 2011). 5.4.3.4 Metanbildning (Metanogenes) Det slutgiltiga steget är metanbildning som sker i två steg med hjälp av strikt anaeroba arkéer (Hydrogenotrof metanogenes och Acetotrof metanogenes) och ett specialfall Syntrof Acetat Oxidation (SAO). Arkéer har en relativt långsam tillväxt vilket medför till att denna process är oftast den begränsade faktorn för rötning. Det är viktigt att uppehållstiden i rötkammaren är tillräckligt lång för arkéerna att föröka sig i takt med att substrat matas in i rötkammaren (Olsson et al., 2014). H.metanogenes bryter ner koldioxid och vätgas till metan och koldioxid. Denna process konsumerar vätgas och är viktiga för anaeroba oxidationen (Olsson et al., 2014). A.metanogenes bryter ner ättiksyra till koldioxid och metan och är oftast den grupp av metanbildare som dominerar. Denna process förekommer parallellt med hydrogenotrof metanbildning och står för cirka 70 % av metanbildningen (Olsson et al., 2014). Syntrof Acetat Oxidation (SAO) är bakterier som omvandlar acetat till koldioxid och vätgas vid inhibering av A.metanogenes. Koldioxid och vätgas som produceras 17

omvandlas till metan med hjälp av H.metanogenes. Studier har fastställt att SAO gynnas vid ammoniak halter över 160 mg/l och höga intermediära fermenteringsprodukter, medan A.metanogenes missgynnas (Olsson et al., 2014). 5.4.4 Biogas och rötrester I rötkammaren bildas biogas och rötrester som slutprodukt. Biogas består huvudsakligen ut av koldioxid, metan samt mindre mängder av bland annat ammoniak, kvävgas och svavelväte. Rötresterna som återfinns efter rötkammaren används för biogödsel. 5.4.5 Viktiga parametrar i rötningsprocessen Det är viktigt att lämpliga processförhållanden råder vid framställning av biogas. Parametrar som är viktiga består av ph, temperatur, näringsinnehåll, vattenhalt, uppehållstid, organisk belastning och omblandning (Nordberg, 2006). ph olika mikroorganismer i rötningsprocessen har olika ph optimum. Det är viktigt att kontinuerligt kontrollera ph-värdet och se till att värdet hålls balanserat och stabilt under processen. Det optimala ph-värdet ligger mellan 6,5 7,5 och varierar mellan rötningsstegen (Nordberg, 2006). Temperatur [ ] optimala temperaturen för mikroorganismerna i rötningsprocessen har tre temperaturintervall, psykrofila (0 20 ), mesofila (15 45 och termofila (45 75 ). Vanligaste temperaturintervallen som används är mesofila och termofila. Det är viktigt att temperaturen hålls konstant och kontrolleras kontinuerligt genom processen (Nordberg, 2006). Näringsinnehåll mikroorganismer kräver essentiella näringsämnen kol, kväve, fosfor, mikroelement, spårämnen och vitaminer för tillväxt (Larsson, 2011). Se avsnitt 5.4.1.4 Substratets näringssammansättning. Vattenhalten [%] vatten används som transportmedel för substratet och som lösningsmedel för näringsämnen genom spädning med en vattenhalt mellan 60 95 %. Uppehållstiden [dygn] tiden som substratet befinner sig i rötkammaren. Uppehållstiden varierar beroende på rötningsteknik och processförhållanden. För kort uppehållstid kan orsaka att substratet inte hinner brytas ner i rötkammaren, medan för lång uppehållstid minskar effektiviteten av processen. Uppehållstiden för mesofila temperaturintervall är mellan 10 30 dygn och termofila har kortare uppehållstid (Nordberg, 2006). Organisk belastning [ ] uttrycks i Organic Loading Rate (OLR) och är tillförd mängd VS per reaktorvolym och dygn. Mikroorganismer i rötkammaren kräver en jämn tillförsel av organisk mängd substrat. För mycket substrat medför att allt substrat inte hinner brytas ner av mikroorganismerna. Maximum Organic Loading Rate (OLR max ) används för att karaktärisera och jämföra rötningsprocesser genom att mäta olika processers nedbrytningskapacitet (Nordberg, 2006). 18