Image size: 7,94 cm x 25,4 cm Industriell symbios livsmedels- och biogasproduktion på Österlen på uppdrag av Biogas Ystad Österlen med Maria Losman, Ecoplan in Medio som projektledare Slutrapport 2019-02-14
Image size: 7,94 cm x 25,4 cm Ramböll Biogas Michael McCann Process Engineer Ramböll Energy & Process Tel: +46 (0)70 289 2781 michael.mccann@ramboll.se Martina Uldal Enhetschef VA-process Ramböll Vatten Tel: +46 (0)72 242 62 07 martina.uldal@ramboll.se i samarbete med Maria Losman, Ecoplan In Medio
Innehåll Sammanfattning symbios Företag i förstudien. Företagens substrat och potential för biogasproduktion Biogas processen - principschema och anläggningsdata Avsättning för gasen Investeringar Logistik Ekonomi, miljönytta och arbetstillfällen Utvecklingspotential Fördjupning i biogas och substrat
Sammanfattning Det är möjligt med en lönsam biogasproduktion utifrån en kombination av substraten gödsel, fiskrens och odlingsrester. De tillgängliga substraten från de tre företagen (Gödsel, Animaliska rester, Växtdelar) ger en biogasproduktion på 3,6 GWh. Företagen skulle bli självförsörjande på el och värme och skulle kunna leverera el till nätet. Animaliska rester, i det här fallet fiskavfall, innebär behov av hygienisering Logistik kring transport av övriga substrat är en utmaning. Verksamheterna bör ligga ihop geografiskt. Uppgradering till fordonsgas är inte lönsamt för så här små anläggningar. 4
Symbios kring biogas FÖRDELAR Delad investering sänker kostnaderna Kontroll över ingående råvaror ger trygghet i kvaliteten på biogödseln Ev. överskott av el och biogödsel kan säljas FÖRUTSÄTTNINGAR Ekonomiskt OK villkor för biogasproduktionen Genomtänkta avtal mellan parterna Geografisk närhet mellan parterna för att kunna dra nytta av värmen Värme, el BIO GAS Elnätet Värme, el Teoretiskt flöde av restmaterial och energi inom en symbios mellan biogasproduktion, fiskodling, tomatodling och grisuppfödning.
Symbios potential beräknat på de tre företagen i förstudien (som inte ligger tillsammans i geografi) UTMANINGAR För att tomatodlingen ska kunna använda biogasen för uppvärmning pga gaslogistik. Grisbonden kan använda restvärme från biogasproduktionen istället för el om anläggningen ligger nära. Ev överskott biogödsel är ej beräknat men kan säljas, särskilt om det certifieras. Priset på biogödsel beror på NPK innehållet, men det finns exempel på biogödsel baserat på substrat från bla grisgödsel där värdet beräknades till 50-55 kr/ton (1). BIO GAS Elnätet 1) Exempel från 2013 skånsk bonde http://www.svenskraps.se/kunskap/pdf/01620.pdf Flöde av restmaterial och energi inom en symbios mellan biogasproduktion, fiskodling, tomatodling och grisuppfödning.
Företag som ingått i förstudien Norrhaga (svinbonde) norr om Ystad Ca 12500 m3 flytgödsel + 500 m3 fastgödsel Gårdsfisk (fiskodling på land) egna anläggning på Gretagården i Tollarp 800 m3 sedimenterat gödsel + 200 m3 fiskavfall Österlentomater, Orelund (tomatodling i växthus, frukt och bär) vid Rörum norr om Simrishamn 1000 m3 växtdelar Förstudien utgår från förhållandena hos de tre företagen men de kan ses som representanter för substraten Gödsel, Slaktrester, Växtrester
Företagen i geografin ca 50 km ca 33 km
Substrat för biogas hos de tre företagen Mängder till rötning: TS VS/TS VS ABPkategori Leverantör Typ av substrat m3/år TS (%) (ton/år) (%) (ton/år) Norrhaga Svingödsel 12500 8% 1000 80% 800 2 flytande Svingödsel fast 500 30% 150 80% 120 2 Gårdsfisk Sedimenterat 800 19% 151 50% 76 2 gödsel Fiskavfall (framtida 200 42% 84 98% 82 2 mängder) Orelund Växtdelar 1000 15% 150 90% 135 TOTALT 15000 10% 1535 79% 1213 TS = torrsubstans VS = volatile solids dvs mängen organiskt material ABP = animaliska biprodukter. Lagstiftningen delar in de animaliska biprodukterna i olika kategorier. Kategori 1 bedöms ha den största smittorisken och sedan i fallande skala ner till kategori 3. Kategori 1 innehåller bland annat hela djurkroppar, specifikt riskmaterial som hjärna, ögon, benmärg etc. Kategori 2 innehåller djur med spår av veterinärmedicinska rester, naturgödsel. Kategori 3 innehåller bland annat slakteriavfall och butiksavfall.
Potentiell biogasproduktion av substraten Företagens substrat används idag inte till någon biogasproduktion. Beräknad potential för deras sammantagna energiproduktion i en gemensam anläggning är 3,6 GWh/år, där svingödslet är den största delen. Leverantör Typ av substrat m3ch4/tonvs m3ch4/år GWh/år Norrhaga Svingödsel flytande 250 200000 2,0 Svingödsel fast 250 30000 0,3 Gårdsfisk Sedimenterat gödsel 250 18900 0,19 Fiskavfall 900 74088 0,74 Österlentomter Växtdelar 300 40500 0,4 TOTALT 363488 3,6
Logistik Avstånd, samt vilken form substrat kommer i och hur ofta, avgör om det kan bli lönsamt att transportera. Olönsamt att transportera små mängder substrat och små mängder biogas. Avfall Sverige (2011) 11
Tänk om... Gödslet, fiskrenset och odlingen fanns på samma ställe eller mycket nära varandra... 12
Biogasproduktion i gemensam anläggning Anläggningsdata: In Enhet Flöde våtvikt 15000m3/år 41 m3/d TS-halt 10% VS 1213 ton/år 3323 kg/d N-tot 99 ton/år P-tot 24 ton/år Rötning VS-reduktion 60% kgvs/m3 VS-belastning 2,5 /d Volym rötning 1329m3 Uppehållstid 32 d Ut Mängd biogödsel 14272m3/år TS-halt 6% VS-halt 485 ton/år N-tot 122 g/kgts P-tot 30 g/kgts CH4 Energi 363488 m3/år 3,6 GWh/år
Enkelt schema av biogasprocessen Hygienisering av fiskrens behövs men designen här bygger på att animaliska substrat hygieniseras på annan plats. Detta är en begränsning av anläggningen, men innebär även en lägre investeringskostnad.
Avsättning för gasen 3,6 GWh/år motsvarar ett gasflöde på ca 60 Nm3/h med metanhalt 65 %. Uppgradering till fordonsgas är knappast aktuellt. Det finns få kommersiella uppgraderingsanläggningar av den storleken idag. Biogasen kan användas till El & Värme + gaspanna till rötning. Gas till CO2 produktion för tomater 0,42 GWh/år Gasmotor 370 kw 1,18 GWh/år el, 1,63 GWh/år värme Gaspanna 40 kw 15
El- och värmebehov hos företagen Norrhaga Elförbrukningen för uppvärmning. Dels via golvvärme som drivs av en jordvärmepump med kollektorslingorna ingjutna i gödselrännorna. Värmelampor som uppvärmning. I slaktstallet golvvärme via värmepump, inte varit igång senaste året. 350 000 kwh + 230 000 kwh El Gårdsfisk 60000 kwh El 18000 kwh Värme Österlentomater Flis eldning för uppvärmning Gasol användning (CO2 halten i växthusen) - 25-30 ton per år. = 30000 Nm3 Uppgraderad Biogas (eller CO2 från en uppgraderingsprocess motsvarande 1 GWh rågas, dvs man tar tillvara CO2 som annars skulle släppas ut)
Kostnader Kostnader för anläggning i kommersiell storlek ca 200 Nm3/h (den skissade designen är bara på 60 Nm3/h) SEK/kWh Biogas produktion 0,5 Uppgradering 0,2 Tryckhöjning 0,15 Distribution (flak) 0,12 Hygieniseringsanläggning för fiskrenset skulle tillkomma. Total motsvarande ca 9,5 kr/nm3 17 Blom, McCann, Westman (2012)
Ekonomi, miljönytta och arbetstillfällen Ekonomi Svårt att få ekonomi i en liten anläggning utan stöd. Naturgas 0,6 kr/kwh, El 0,5 kr/kwh Produktionskostnad ca 0,5 kr/kwh Miljönytta för samhället Begränsad klimatpåverkan Frisk luft Bara naturlig försurning Giftfri miljö Ingen övergödning Levande sjöar och vattendrag Ett rikt odlingslandskap God bebyggd miljö Arbetstillfällen i biogasproduktionen 1 person heltid - drift och underhåll, substrat körning, rapportering, försäljning (gas, el, värme, biogödsel) 18
Uppsidor Verksamheterna skulle få ner investeringskostnaden/gwh. Svinproducenten kan av egen kraft producera 2,3 GWh men tillsammans med Fisken och Odlingen 3,6 GWh. Odlaren skulle kunna ersätta gasolen (0,4 GWh) i växthusen med biogas om växthusen låg nära biogasproduktionen. Troligen skulle rötresterna ge bättre jordförbättring i odlingen. Fiskproducenten skulle täcka behovet av el och värme (1GWh) motsvarande sitt eget behov. De tre verksamheterna skulle själva göra av med ungefär hälften av biogasen till el och värme, mindre om svinproducenten skulle använda värmen från biogasproduktionen. Resten av biogasen kan producera el till nätet. Kanske kan man ta tillvara växthusens värmeöverskott på sommaren och värmeväxla till biogasprocessen, men värmen behövs på vintern snarare än sommaren. Varumärkespotential i cirkulärt, smart, lokalt samarbete 19
Att tänka på Biogas är inte en huvudsak för någon av de tre verksamheterna, men kan vara en lönsam bisak. Lokalisering av verksamheter görs på väldigt många andra grunder än att producera biogas. En anläggning som tar flera olika substrat är mindre känslig för förändringar i substrattillgången, men att utöka designen till alla teoretiskt möjliga substrat kostar. För animaliska substrat krävs hygienisering. Designen i förstudien bygger på att animaliska substrat hygieniseras på annan plats. Att sprida risker är bra men samtidigt är samägande komplicerat. Avtala noga! En mer detaljerad förstudie skulle ge mer exakta siffror kring investeringskostnaden och processutformning. För att göra en sådan bör det finnas företag som kan tänka sig att samlokalisera i verkligheten. 20
FÖRDJUPNING I BIOGAS 21
Introduktion till biogasproduktion Vad är anaerob nedbrytning? Biologisk nedbrytning i syrefri miljö Slutprodukt vid nedbrytning är metangas och koldioxid Förekommer naturligt i sjösediment, våtmarker, idisslande djur och risfält Varje år produceras naturligt 500 800 miljoner ton metan i naturen
Anaerob nedbrytning under kontrollerade former CO2+CH4 Organiskt material (Substrat) (Biogas) Rötrest (Biogödsel) 23
Substrat som passar för biogasproduktion Matavfall Gödsel Frukt- och grönsaksavfall Fiskrens Slakteriavfall Mejeriavfall Äggskal Drank Fettavskiljarslam mm Potatisskal
Biogasprocessen presterar efter hur den mår! En biogasprocess är en levande process med ett stort antal olika aktiva mikroorganismer som måste må bra för att kunna prestera på topp! Viktiga designparametrar för att få till en effektiv och stabil process: Torrsubstans (TS-halt) Uppehållstid, dvs hur länge massan är i rötkammaren. Belastning Utrötningsgrad, dvs hur mycket energi som är kvar efter rötningen Gasutbyte
Biogasproduktion Gasbehandling Mottagning Förbehandling Rötning Biogödsel En biogasanläggning är en anläggning för biologisk nedbrytning av organiskt material under anaeroba förhållanden, det vill säga utan tillgång till syre, för framställning och uppsamling av biogas. Samtliga biogasanläggningar som rötar animaliska biprodukter ska godkännas av Jordbruksverket
Mottagning Mottagningssystem anpassat till de aktuella avfallen Pumpbara avfall töms från tankbil till förvaringstank Fasta avfall tippas ner i mottagningsficka med transportskruvar Lagring före rötning För att kunna mata rötkammaren kontinuerligt måste en mellanlagring ske Justering av TS-halten kan göras i denna tank Tunga partiklar samlas på botten ska gå att avlägsna
Förbehandling Finfördelning i kvarn, skruvpress, pulper eller skärande pump Vid behov: Hygienisering av avfallet under - 1 timme vid 70 o C eller - Andra metoder som ger en hygieniskt likvärdig slutprodukt kan godkännas Hygienisering av slurry innan rötning vid NSR biogasanläggning i Helsingborg
Biogödsel Biogödseln kan certifieras så att användning som gödning underlättas
Viktigt att tänka på när det gäller substrat Krav på förbehandling Krav på hygienisering Innehåll av föroreningar Lämplig blandning (samrötning) Lukt Transport & logistik
Lagstiftning om animaliska biprodukter Animaliska biproduktslagstiftningen är en EU-lagstiftning som reglerar hantering av animaliska biprodukter. Det finns också svensk lagstiftning som kompletterar den europeiska lagstiftningen. Lagstiftningarna reglerar såväl insamling och transport som behandling av animaliska biprodukter. ABP-förordningen gäller för gödsel, matavfall, slaktavfall och annat animaliskt avfall. Fokus för lagstiftningen är att förebygga och minimera risker för människors och djurs hälsa av dessa produkter och framför allt skydda säkerheten i livsmedels- och foderkedjan. Jordbruksverket är behörig myndighet för lagstiftningen i Sverige.
ABP-lagstiftningen (forts) Lagstiftningen delar in de animaliska biprodukterna i olika kategorier. Kategori 1 bedöms ha den största smittorisken och Kategori 3 den lägsta: Kategori 1 innehåller bland annat hela djurkroppar, specifikt riskmaterial som hjärna, ögon, benmärg etc. Kategori 2 innehåller naturgödsel, djur med spår av veterinärmedicinska rester, naturgödsel, produkter av animaliskt ursprung som förklarats otjänliga som livsmedel eftersom de innehåller främmande föremål etc. Kategori 3 innehåller bland annat slakteriavfall och butiksavfall. När ABP transporteras måste transportörerna vara registrerade och transporterna måste åtföljas av ett handelsdokument och ha fordonet märkt med kategori och tillhörande text.
Hygienisering ABP-förordningen ställer krav om hygienisering samt finfördelning till 12 mm vid rötning av animaliska biprodukter Krav på hygienisering: 70 C i 60 minuter eller Andra metoder som ger en hygieniskt likvärdig slutprodukt kan godkännas Substrat som inte ingår i ABP-förordningen behöver inte hygieniseras på en biogasanläggning Vissa produkter är undantagna kravet på hygienisering, till exempel naturgödsel som rötas på den egna gården och som ska spridas lokalt
Undantag från krav på hygienisering Jordbruksverket kan godkänna rötning av gödsel på gård utan hygienisering om det rör sig om rötning av gårdens egen gödsel eller gödsel från någon eller några enstaka närbelägna gårdar om rötresten hanteras som obehandlad gödsel. Om kategori 2 material som tas emot redan har bearbetas vid 133 C och 3 bar i 20 min behöver hygienisering innan rötning inte ske.
Övervakning för processtabilitet Med rätt övervakning skapas förutsättningar för en stabil process med hög biogasproduktion Gasflöde Metanhalt Inflöde TS/VS i substrat Temperatur ph VFA Alkalinitet Ammonium TS-reduktion VS-reduktion
Krav på samansättning av rengas Rengas skall i leveranspunkten uppfylla kvalitetskrav enligt svensk standard SS 15 54 38:2015 Ämne Metan (CH4) (CO2+N2+O2) O2 Vatten (H2O) Svavelväte (H2S) Maximal koncentration 97 +-1 vol% <4% <1% 0,2 ppm (motsvarande daggpunkt på -85,1 C vid normaltryck) 4 ppm 36
Uppgradering av biogas Biogas produktion Gasklocka Fackla Uppgraderingsanläggning Avvattning/Kylning Avsvavling Metan destruktion CO 2 - borttagning Tork Odörisering Tryckökning Naturgasnät/ CBG flak 37