Fastgödselrötning, problem och möjligheter Gustav Rogstrand; Stefan Halldorf; energi@halldorf.com (0735-30 50 07)
Substratoptimering ger effektivt utnyttjande av rötkammaren Bakgrund: Dansk studie gällande storskalig flytgödselrötning har visat att det är viktigt att minst uppnå 35 m3 biogas/ton gödselblandning för att uppnå ekonomi (Hjort-Gregersen, 1998). Metod: Öka energiinnehållet i substratblandning som rötas. Vanligt inom avfallsrötning. Borde gå att göra inom lantbruksbaserad gödselrötning också. => Exempel: Ökad gasproduktion/reaktorvolym (Exempel: CSTR (mesofil) på A) enbart nötflytgödsel genererar en volymetrisk gasproduktionen på ca 0,8 m3 biogas/m3 reaktor&d; B) samrötning nötflyt- och fjäderfägödsel ca 1,6 m3/m3&d => Högre intäkter från såld energi! Konsekvens: Möjligt att öka rötkammarbelastningen, men ökat proteininnehåll i substrat + högre ts-halt i rötkammaren kan utgöra begränsningar. => Hämning kan uppkomma i rötningsprocessen och svårare att hålla rötkammaren totalomblandad Verktyg: 1. Mikrobiell anpassning till miljön kombinerat med tillsatsmedel samt ökad driftövervakning. 2. Effektiv sönderdelning av längre fibrer i stallgödseln förbättrar omblandningsegenskaperna
Samrötning av fast- och flytgödsel med CSTR CSTR är generellt förhärskande och i synnerhet vid stallgödselrötning TS-reduktion vid rötning ger utrymme för att tillföra fastgödsel utan H 2 O Samrötning av fastgödsel med flytgödsel förbättrar energibalanserna Biogas Substrat Rötest Värme
Stor variation på gödselns sammansättning Flytgödsel, mjölkprod. Kycklinggödsel Hönsgödsel Djupströgödsel, nöt Hästgödsel TS 9 66 37 28 30-50 % av våtvikt VS 83 88 76 82 Ca 90 % av TS N-tot 4 30 26 Ca 7 Ca 7 Kg/ton Amm-N 2 Ca 6 4 Ca 2 Ca 2 Kg/ton P 0,6 10 Ca 4 Ca 2 Ca 1 Kg/ton Metanproduktion Ca 14 Ca 130 Ca 70 Ca 60 25-80 (halm) Kommentar CSTR CSTR CSTR CSTR CSTR CSTR: Metanproduktionen gäller vid kontinuerlig våt rötning. Metanproduktion anges som normaliserat värde, dvs vid 1 atm tryck och 0 o C. Sammansättning på stallgödsel kan variera mycket mellan gårdar! Värdena i tabellen skall ses som ett exempel på sammansättningen och den gasproduktion som man kan förvänta om stallgödseln har denna sammansättning. m 3 CH4/ton våtvikt
Sveriges biogaspotential vid gödselrötning enligt Baltic Manure Beräknad brutto-gödselmängd: 22 miljoner ton/år kan generera 3,4 7,0 TWh biogas/år. 104 kton N + 23 kton P. Beräknad TEP-gödselmängd: 8 miljoner ton/år kan generera 1,3 2,8 TWh biogas/år, dvs 38% av brutto. 41 kton N, 11 kton P Fastgödsel 56% av biogas och 41-45 % av NP Jämförelse Idag rötas 0,9 miljoner ton gödsel/år i Sverige (år 2016; nästan uteslutande flytgödsel), bedöms generera 120 GWh gas Handelsgödsel, Sverige (2009): 156 kton N, 10 kton P Svenska jordbruket använder 2,2 TWh diesel/år till drift av arbetsmaskiner (Baky m. fl., 2010) 1,6 TWh fordonsgas (år 2016; 1,15 TWh uppgraderad biogas+ 0,43 naturgas) driver ca 3200 bussar & lastbilar + ca 50 000 bilar TEP = Teknoekonomisk potential Källa för TEP: Luostarinen et. al, 2013.
Aktuellt projekt F.d. JTI, numera RISE Jordbruk och Livsmedel har kört ett antal projekt på temat samrötning av fastgödsel med flytgödsel Bl.a. samrötning med djupströbädd från ungnöt, hästgödsel och fjäderfägödsel här på Sötåsenanläggingen 2010-2013 tillsammans med Sötåsenskolan och HS-sjuhärad Vi har även kört en hel del laboratorieförsök tillsammans med SLU där vi jobbat med att få till stabil rötningsprocess när stora mängder fjäderfägödsel samrötas med flytgödsel Dessa projekt har vi redovisat på liknande demodagar tidigare här på Sötåsen Nu senast, sedan 2016, har vi kört ett försök i pilotskala tillsammans med Mönsterås Biogas och Linéuniversitetet det tänkte vi visa lite resultat från nu 6
Bakgrund till projektet med Mönsterås Biogas 1. Ca 20 lantbrukare i Mönsterås planerar för att bygga en fullskala för rötning av stallgödsel där fjäderfägödsel från äggproduktion är huvudsubstrat! = Mönsterås Biogas 2. Fjäderfägödsel är svårrötat (kväverikt!) => Rötas i princip ej idag. 3. Fastgödsel, sämre gödselmedel än flytgödsel 4. Viktiga lokala pusselbitar: Södra Cell + Mönsterås Biogas har praktisk och teoretisk kunskap om jordbruk, processteknik och god kännedom om biogasbranschen och det finns företag i Kalmar som bygger komponenter till biogasanläggningar. 5. RISE JoL har tillsammans med SLU optimerat rötning av fjäderfägödsel i lab.-skala => verktyg biologisk kontroll 6. Linneuniversitetet bedriver forskning både inom rötningsområdet och vattenkvaliten i Kalmar sund => Resulterade i ett Vinnova-finansierat projekt för att ta fram underlag för dimensionering av fullskala
Beskrivning av Mönsteråsprojektet 1. Rötning av Mönsterås Biogas tilltänkta substratblandning i pilotskala vid 37 o C där fjäderfägödsel är huvudsubstratet + satsvisa försök på substraten 2. Undersöka potential att producera mer biogas via efterrötning 3. Praktiska tester med att produktifiera rötresten: Höja växtnäringskoncentrationen 4. Orienterande beskrivning hur växtnäringskoncentratet kan användas i växtodling
Rötningsförsök i pilotskala Ympning Rötning Substrathantering Utbildning Uppställningsplats Demo
Rötad substratsammansättning Substratblandning Fjäderfägödsel (24+1)/(61+7)/(81+5) a) (Våt/VS/N) b) Nötflytgödsel 18/11/11 (Våt/VS/N) Övrig gödsel 4/5/3 (Våt/VS/N) Annat substrat 2/15/0 (Våt/VS/N) Vatten 51/0/0 (Våt/VS/N) TS-halt substratblandning 14% % av våtvikt Andel NH4-N i substratblandning 20% % av N-tot a) I turordning bidrag från hönsgödsel + kycklinggödsel b) Enheten för Våt, VS respektive N: % av totala substratmängden som rötas
Resultat 1: Sammanställning av data från rötning av substrat Pilot-försöket Ref: Rötad nötflytgödsel Samrötningsanläggningar Belastning, rötkammare 3,8 3 - Kg VS/m3&d HRT i rötkammaren 29 25 36 a) Dagar Volymetrisk biogas-prod. 1,7 1,0 1,6 a) Nm 3 biogas/m3 rötkammare & d Specifik CH4-prod. 0,28 0,19 - Nm 3 CH4/kg tillförd VS Råvarubas. biogas-prod. 49 24 90 a) Nm 3 biogas/ton tillförd våtvikt TS-halt rötrest Ca 7% Ca 6% 4,2% b) Av rötrestens våtvikt NH4-N, rötrest 5,5-5,8 / 70% Ca 2,5 / 50% 3,2/ 65% b) Kg/ton rötrest / % av totalkvävet Ökning, NH4 rötrest /substrat 3,5-3,7 Ca 0,2 - ggr mer NH4 ut ur rötkammare än in Fosfor 1,4 Ca 0,7 0,55 Kg/ton a) Källa ES 2017:07. Produktion och användning av biogas och rötrester år 2016 b) Källa: Certifierad återvinning SPCR 120. Årsrapport 2016. Medelvärde 20 anläggningar.
Kontinuerliga efterrötningsförsök i laboratorieskala
Resultat 2: Efterrötning Pilot höns Rötningsmetod CSTR Kg VS/m3&d HRT i rötkammaren 10 Dagar VS-halt tillförd rötrest 4,8 % av våtvikten Volymetrisk CH4-prod. 0,14 Nm 3 CH4/m3 rötkammare & d Råvarubaserad CH4-prod. 1,4 Nm 3 CH4/ton tillförd våtvikt Specifik gasproduktion 30 Nl CH4/kg VS (tillförd rötrest) Extra gasproduktion 4 % av gasprod från huvudrötk.
Slutsatser del 1 Uppstart med ymp från Alvesta biogasanläggning gick utan några större problem. Tog 4 månaderför att nå målbelastningen. Högre gasutbyte från hönsgödseln än förväntat vid rötning i huvudrötkammaren. Lägre gasutbyte än väntat från rötresten vid efterrötning. I Danmark samrötas energifattig flytgödsel med energirika avfall för att uppnå detta 35 m 3 biogas/ton gödselblandning. Vinnova-projektet har visat att det istället går att använda fjäderfägödsel som energirikt samrötningssubstrat.
Slutsatser del 2 Rötkammarens omrörare klarade att hålla tanken totalomblandad. Ingen ansamling av fjädrar på ytan. Gick bra att pumpa de substratblandningar som gjordes med fastgödsel, vatten och flytande substrat med excenterskruvpumpar. Hönsgödsel kladdar fast på utmatningsskruven och byggde valv. Hönsgödsel har gått om tunga partiklar som sedimenterar i rörledningar och i tankar. Rötresten lukt bedöms inte vara besvärande => Visst går det att röta fjäderfägödsel!
Plan för storskalig gödselhanetering vid Mönsterås biogas Vinnovaprojektet Fullskala: Ca 70 GWh biogas/år (= 7 000 m3 diesel) Förvätskning av uppgraderad biogas 210 000 ton rötrest/år N i rötrest = 1 700 ton/år => minst 12 000 ha åker P i rötrest = 290 ton/år => Ca 20 000 ha åker Gödselförädling => nå ekogödselmarknad ~40 mil bort Fjäderfägödsel: 80% av växtnäringen & 60% av biogasen Bedömd investering: dryga 200 M kr Investeringsbidrag, Klimatklivet, dryga 100 Mkr
Bilder från försöken Centrifugering
Surgörning med svavelsyra
Indunstning Epcon
Gödselseparering - princip
TACK! Research Institutes of Sweden Jordbruk och livsmedel
Stallgödsel TS-innehåll och nedbrytningsgrad Ungefärligt bidrag till stallgödsels TS-innehåll och nedbrytningsgrad vid normal rötning: Cellulosa, hemicellulosa och kutin, (35-55 % av TS). Ca 20-45% bryts ner vid rötning. Protein (10-30 % av TS). Ca 50% bryts ner vid rötning, Mindre mängder stärkelse, socker och fett (tillsammans <10% av TS). Stärkelse och socker bryts ner till 80-100%, fett ca 50%. Lignin, (5-15 % av TS). Bryts ej ned vid rötning. Aska, (10-25 % av TS). Bryts ej ned vid rötning. (Källa: Edström m. fl: 2013)