Institutionen för teknik och samhälle Avdelningen för miljö- och energisystem Energianalys av biogassystem Maria Berglund och Pål Börjesson Rapport nr 44 Maj 2003 Adress Gerdagatan 13, 223 62 Lund Telefon 046-222 00 00 (vxl) Telefax 046-222 86 44 Internet www.miljo.lth.se
ISSN 1102-3651 ISRN LUTFD2/TFEM--03/3037--SE + (1-90) ISBN 91-88360-63-6 Maria Berglund och Pål Börjesson, 2003 ii
Dokumentutgivare, Dokumentet kan erhållas från LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA vid Lunds universitet Institutionen för teknik och samhälle Avdelningen för miljö- och energisystem Gerdagatan 13 223 62 Lund Telefon: 046-222 00 00 Telefax: 046-222 86 44 Dokumentnamn Rapport Utgivningsdatum Maj 2003 Författare Maria Berglund Pål Börjesson Dokumenttitel och undertitel Energianalys av biogassystem Sammandrag Syftet med studien har varit att ur ett livscykelperspektiv och för svenska förhållanden beräkna det totala nettoenergiutbytet från och energieffektiviteten vid rötning av olika substrat. Beräkningarna baseras på litteraturuppgifter om dels de totala primärenergiinsatserna som krävs för att framställa biogas (d v s direkta plus indirekta energiinsatser vid produktion och distribution av diesel, el, handelsgödsel etc.), och dels biogasutbytet för olika substrat. Analysen omfattar delprocesserna insamling, hantering och transport av substrat, drift av biogasanläggning samt transport och spridning av rötrest, samt substraten stallgödsel, vall, betblast, halm, organiskt hushållsavfall, slakteriavfall och fettavskiljarslam. Beräkningarna har gjorts för de enskilda substraten. Den totala energiinsats som krävs för att driva biogassystemen (avser central biogasanläggning) motsvarar i normalfallet ca 20-40 % av den producerade biogasens energiinnehåll. Substraten skulle teoretiskt kunna transporteras mellan ca 200 km (avser stallgödsel) och upp till ca 700 km (slakteriavfall) innan nettoenergiutbytet blir negativt. Variationerna i energieffektivitet mellan de studerade systemen beror främst på val av substrat och vilken beräkningsmetod som används. För substrat med låg ts-halt och lågt biogasutbyte (t ex stallgödsel) motsvarar energiinsatsen en relativt stor andel av biogasens energiinnehåll. Energikrävande hantering av substraten, t ex odling av vall, kan motsvara upp till ca 40 % av den totala energiinsatsen. Varierande energieffektivitet i de olika delprocesserna, men framförallt ändrat biogasutbyte från substratet kan inverka kraftigt på energieffektiviteten i hela biogassystemet. Drift av biogasanläggningen är generellt sett den mest energikrävande delprocessen och svarar för ca 40-80 % av den totala energiinsatsen. Antaganden om hur biogasanläggningens el- och värmebehov ska fördelas mellan de enskilda substraten, t ex utifrån substratens biogasutbyte eller eventuella spädningsbehov, får därmed stor betydelse för resultaten. Systemavgränsningar samt antaganden om hur beräkningarna genomförs kommer att påverka resultaten, därför är det viktigt att tydligt redovisa de avgränsningar och antaganden som gjorts för att underlätta jämförelse med andra systemstudier. Nyckelord Energisystemanalys, biogassystem, energiinsatser, biogasutbyte, energibalans Sidomfång 90 ISSN 1102-3651 Språk Svenska Sammandrag på engelska ISRN LUTFD2/TFEM--03/3037--SE + (1-90) ISBN 91-88360-63-6 Intern institutionsbeteckning Rapport nr 44 iii
iv
Organisation, The document can be obtained through LUND UNIVERSITY Department of Technology and Society Environmental and Energy Systems Studies Gerdagatan 13 SE-223 62 Lund, Sweden Telephone: int+46 46-222 00 00 Telefax: int+46 46-222 86 44 Type of document Report Date of issue May 2003 Authors Maria Berglund Pål Börjesson Title and subtitle Energy systems analysis of biogas systems Abstract The aim of this study was to calculate the net energy output and energy efficiency, from a life-cycle perspective and for Swedish conditions, in anaerobic digestion of various raw materials. Our calculations are based on literature reviews concerning the total primary energy input required for the production of biogas (i.e. direct and indirect energy inputs, e.g. when producing and distributing diesel fuels, electricity, fertilisers) as well as the biogas yield from various raw materials. Our analyses include handling and transportation of raw materials, operation of the biogas plants, and transportation and spreading of digested residues, as well as the biogas yield from manure, ley crops, tops and leaves of sugar beets, straw, municipal organic waste, slaughter waste, and grease separator sludge. All calculations concern individual raw materials. The net energy input required to run a biogas system (i.e. centralised biogas plant) typically corresponds to approximately 20-40% of the energy content in the produced biogas. Theoretically, the raw materials could be transported for some 200 km (manure) up to 700 km (slaughter waste) before the net energy output becomes negative. The variations in energy efficiency between studied biogas systems depend mainly on the type of raw material studied and the calculation methods used. Raw materials with high water content and low biogas yield (e.g. manure) require rather large energy inputs compared to the amount of biogas produced. Energy demanding handling of the raw materials, such as ley crops, could correspond to as much as approximately 40% of the net energy input. Varying energy efficiency in different parts of the biogas system, but most of all, changes in the biogas yield, could considerably affect the total net energy output. In general, operation of the biogas plant is the most energy demanding process in the biogas systems, corresponding to some 40-80% of the net energy input in the biogas systems. This implies that the assumptions made about how to divide the heat and electricity demand of the entire biogas plant between the individual raw materials, e.g. regarding biogas yield or needs of additional water, substantially affect the results. System boundaries and assumptions made about the calculations also affect the results. Hence, to facilitate a comparison between systems studies, it is very important to specify clearly what kind of assumptions are made and which aspects are included. Keywords Energy systems analysis, biogas systems, energy inputs, biogas yields, energy balance Number of pages 90 ISSN 1102-3651 Language Swedish, English abstract ISRN LUTFD2/TFEM--03/3037--SE + (1-90) ISBN 91-88360-63-6 Department classification Report No. 44 v
vi
Förord Denna rapport utgör en del av projektet Energi- och miljösystemanalys av biogassystem som genomförts vid Avdelningen för miljö- och energisystem, Lunds tekniska högskola. Inom projektet har även rapporten Miljöanalys av biogassystem (Börjesson & Berglund, 2003) publicerats. Projektet har finansierats av Göteborgs Energi AB, vilka vi härmed vill tacka. Lund, i maj 2003 Maria Berglund och Pål Börjesson vii
Innehållsförteckning 1 Bakgrund... 1 2 Syfte... 1 3 Avgränsningar och metod... 2 4 Energiflödesberäkningar... 4 4.1 Odling, skörd och bärgning... 4 4.2 Insamling av organiskt avfall... 5 4.3 Transport av substrat och rötrest... 6 4.4 Spridning av rötrest... 7 4.5 Biogasutbyte... 7 4.6 Drift av biogasanläggningen och uppgradering av biogas... 9 4.6.1 Energianvändning vid drift av biogasanläggningen... 9 4.6.2 Energianvändning vid uppgradering av biogas... 10 4.7 Indirekta energivinster... 11 5 Energibalansberäkningar... 12 5.1 Jämförelse mellan olika substrat... 12 5.1.1 Grundalternativet... 12 5.1.2 Metod för beräkning av energianvändningen i biogasanläggningen... 19 5.1.3 Ändrad torrsubstanshalt... 20 5.1.4 Hänsyn till spädning... 22 5.2 Svingödsel... 23 5.3 Vall... 27 5.4 Organiskt hushållsavfall... 30 6 Slutsatser och diskussion... 33 6.1 Biogasutbytet... 34 6.2 Drift av biogasanläggningen... 34 6.3 Hantering och transport av substrat samt transport och spridning av rötrest 35 6.4 Indirekta energivinster... 37 6.5 Primärenergi... 37 6.6 Systemavgränsningar... 38 6.7 Slutsatser... 39 7 Referenser... 40 7.1 Internetadresser... 40 viii
7.2 Litteratur... 40 7.3 Personliga meddelanden... 44 Bilagor Bilaga 1. Bilaga 2. Bilaga 3. Bilaga 4. Bilaga 5. Bilaga 6. Odling, skörd, bärgning och insamling Energianvändning vid transport Avstånd för transport av rötrest Biogasutbyte Energibehov i biogasanläggning och vid uppgradering av biogas Sammanställning av bakgrundsdata ix
1 Bakgrund Energianalyser kan ses som ett första steg i en miljösystemanalys, till exempel en livscykelanalys, där de viktigaste energiflödena i ett produktionssystem beräknas och summeras. Vid analys av energiproduktionssystem visar resultaten energieffektiviteten och energibalansen i systemet, det vill säga hur stora energiinsatser som krävs i förhållande till den energi som utvinns. En första förutsättning för att ett energiproduktionssystem ska vara försvarbart är att energibalans är positiv, det vill säga energiutvinningen måste vara större än den insatsenergi som krävs för att driva systemet. Ett produktionssystem för biogas (här kallat biogassystem) byggs upp av flera delprocesser. Systemet omfattar insamling, hantering och transport av olika typer av substrat, drift av biogasanläggning, transport och slutanvändning av rötrest samt distribution och slutanvändning av producerad biogas. I alla delprocesser krävs olika typer och mängder av insatsenergi för att hela systemet ska fungera. Den totala mängden insatsenergi beror på systemets utformning och energieffektiviteten i de olika delprocesserna. Mängden energi som kan utvinnas ur systemet beror på en rad faktorer, bland annat val av substrat och rötningsteknologi, och hur dessa parametrar påverkar biogasutbyte, samt användningsområden för biogasen. Energibalansen för biogassystemen kan även påverkas av indirekta energivinster. Rötning av restprodukter jordbruk och samhälle kan till exempel förbättra växtnäringsutnyttjandet och därigenom minska behovet av handelsgödsel. Biogassystem är komplexa att analysera då en mängd olika systemlösningar är möjliga beroende på vilka substrat som är tillgängliga, rötningsteknologier som är lämpliga och på avsättningsmöjligheterna för biogasen. Det finns ett flertal avslutade och pågående studier där biogasproduktion och biogassystem analyserats utifrån olika aspekter. Bland annat finns det studier där förbränning, kompostering, deponering eller rötning jämförts som behandlingsmetoder för framförallt organiskt avfall från samhället (se Dalemo, 1999; Sundqvist m.fl., 1999a; Nilsson, 1997a; Finnveden m.fl., 2000; Ljunggren Söderman, 2000). Det finns även studier där enskilda rötningsanläggningar eller jordbruksgrödor och andra typer av substrat analyseras (se Fredriksson, 2002; Magnusson, 1998; Nilsson m.fl., 2001). Integrerade studier som omfattar rötning av olika substrat, rötningsteknologier och sätt att använda biogasen saknas idag varför det finns ett behov av sådana. Ambitionen med denna studie är delvis att tillgodose detta behov genom att studera energiaspekten i olika systemlösningar för biogasproduktion. 2 Syfte Syftet med föreliggande rapport är att identifiera och kvantifiera energiflöden i de olika delprocesserna i biogassystem, det vill säga hantering och transport av substrat, rötningsprocessen samt användning av rötrest. Målsättningen är att visa hur energibalansen för biogassystemen kan variera dels utifrån vilka substrat och rötningsteknologier som ingår, transportbehovet samt förutsättningar att återföra rötrest och dels beroende vilka beräkningsmetoder som används. Dessutom beskrivs enskilda delprocesser och antaganden som kraftigt påverkar systemens energieffektivitet samt 1
där effektiviseringar skulle medföra betydande förbättringar av energibalansen. Målsättningen är även att på ett tydligt sätt presentera indata, beräkningar och uppskattningar för att läsaren ska kunna använda denna studie som underlag för egna beräkningar och analyser. 3 Avgränsningar och metod I Figur 1 visas en schematisk bild över de biogassystem som studerats. Systemen har valts för att kunna passa svenska förhållanden. De flöden som har studerats är dels materialflöden i form av substrat till biogasanläggningen och rötrest från anläggningen, och dels energiflöden i form av insatsenergi (el, drivmedel etc.) och producerad biogas. Energigrödor för biogasproduktion vall etc. Skörderester betblast, halm etc. Stallgödsel Org. avfall fr. livsmedelsindustri, matavfall fr. restaurang och handel Organiskt hushållsavfall Odling Skörd Transport av substrat Bärgning Insamlingsmoment Energi Rötningsprocessen Systemgräns Transport av rötrest Spridning av rötrest Uppgradering av biogas Gas Transport och slutanvändning av gas Figur 1: Schematisk bild av det studerade systemet. Pilarna visar på material- och energiflöden i systemet. De substrat som inkluderas är dels avfall och restprodukter som stallgödsel, halm, betblast, organiskt livsmedelsindustri- och hushållsavfall, och dels odlade vallgrödor avsedda för biogasproduktion. Anledningen till att dessa substrat valts är att de utgör en betydande andel av den uppskattade biogaspotentialen i Sverige (se Nordberg m.fl., 1998). Trots att avloppsslam från kommunala avloppsreningsverk utgör en betydande andel av den totala biogaspotentialen tas inte avloppsslam med i arbetet dels beroende på att en stor andel av slammet redan i dagsläget rötas på avloppsreningsverken och dels beroende på de osäkerheter som finns kring avloppsslammets innehåll av olika tungmetaller och oönskade organiska föreningar. Dessa osäkerheter medför att inblandning av avloppsslam med de substrat som anges ovan kan försämra möjligheterna att sprida rötresten på åkermark. 2
Drivmedelsförbrukningen har beräknats för insamling, bärgning alternativt skörd samt transport av substrat till biogasanläggningen och för transport och spridning av rötrest. För vallgrödor har även energianvändningen för hela odlingen inkluderats eftersom dessa grödor odlas och skördas för att framställa biogas. Övriga substrat kan ses som avfall eller biprodukter som inte skulle ha uppkommit utan produktion av en huvudprodukt. All energianvändning i produktionen antas därmed tillskrivas huvudprodukten, utom i de steg där energiinsatsen specifikt kan härledas till hantering av avfallet/biprodukten. Analysen av biogasflödet görs fram till och med eventuellt uppgradering av biogas. Distribution och slutlig användning av biogasen inkluderas inte i detta arbete. Någon optimering eller rimlighetsbedömning av olika substratblandningar och val av rötningsteknologi har inte gjorts då syftet endast varit att ge en översiktig beskrivning av möjliga biogassystem. Kap. 4.5 Energigrödor för biogasproduktion vall etc. Skörderester betblast, halm etc. Stallgödsel Org. avfall från livsmedelsindustri, matavfall från restaurang och handel Organiskt hushållsavfall Kap. 4.1 Odling Skörd Bärgning Insamlingsmoment Kap. 4.2 Kap. 4.3 Transport av substrat Energi Rötningsprocessen Kap.4.5 och 4.6.1 Kap. 4.3 Transport av rötrest Kap. 4.6.2 Kap. 4.4 Systemgräns Spridning av rötrest Figur 2: Schematisk bild över kapitelindelningen. Uppgradering av biogas Gas Transport och slutanvändning av gas Analyserna baseras på den totala energianvändningen (primärenergianvändningen), det vill säga förutom den direkta energiinsatsen inkluderas även de indirekta energiinsatserna, till exempel energianvändning vid framställning och distribution av diesel, elektricitet och handelsgödsel. Här har dock inga energikvalitetsbegrepp, som till exempel exergi och emergi, behandlats. Den energi som åtgår vid byggnation och rivning/skrotning av anläggningar har inte tagits med i beräkningarna då denna energiinsats bedöms vara försumbar i förhållande till övriga energiflödena i systemet. Vid byggnation av en rötningsanläggning motsvarar, enligt Sundqvist m.fl., (2002), energikonsumtionen 0,6 % av anläggningens energikonsumtion under driftfasen. Enligt Hetz & Sonesson (1993) beräknas energiåtgången vid byggnation av biogasanläggning 3
avsedd för rötning av vallgrödor motsvara ca 2 % av biogassystemets totala energianvändning. (Se även till exempel tidigare energianalyser av Börjesson, 1994; Vattenfall, 1996). Den extra energianvändning som produktion och distribution av vatten och andra tillsatser som kan behöva tillföras rötkammaren har inte inkluderats. Data har samlats in via litteraturstudier. En utförlig sammanställning av litteraturuppgifterna återfinns i bilagorna. Sammanställningen ligger till grund för uppskattningarna av energianvändningen, alternativ energiutbytet, i de olika delprocesser som presenteras i kapitel 4.1 till 4.6. I Figur 2 ges en översiktig bild över denna kapitelindelning. I kapitel 5 har beräkningar gjorts av energibalanser vid rötning av de olika substraten i möjliga biogassystem. 4 Energiflödesberäkningar Den totala energianvändningen i de olika momenten kan delas in i direkta och indirekta energiinsatser. De direkta energiinsatserna utgörs av den el, diesel etc. som används i själva processen. De indirekta energiinsatserna utgörs av den energi som används vid tillverkning och underhåll av fordon, maskiner, byggnader etc. och vid produktion och distribution av olika energibärare, gödselmedel etc. Genom att räkna om de indirekta energiinsatserna till primärenergi kan de summeras med de direkta energiinsatserna och den totala primärenergianvändningen erhålls. I detta arbete antas de indirekta energiinsatserna vid produktion och distribution av diesel motsvara 10 % av dieselns värmevärde. Vid transport med lastbil respektive traktor antas den indirekta energianvändningen i form av tillverkning och underhåll av fordonen motsvara 8 respektive 20 % av dieseln värmevärde. En liter förbrukad diesel vid transport med lastbil respektive traktor motsvarar då 38,7*1,18 = 45,7 respektive 38,7*1,3 = 50 MJ primärenergi (se även Bilaga 2). Elektriciteten antas vara producerad med naturgas i turbiner med en ca 50 % verkningsgrad. När dessutom energiförluster vid utvinning och distribution av naturgas och distribution av elektricitet inkluderas antas 1 MJ el motsvara 2,2 MJ primärenergi. Värmebehovet i biogasanläggningarna tillgodoses genom förbränning av biogas. Primärenergibehovet vid produktion av biogas antas motsvara 30 % av biogasens energiinnehåll, 1 MJ värme motsvarar då 1,3 MJ primärenergi. Energivärdet för metan antas vara 50 MJ per kg, eller 35,3 MJ per normalkubikmeter (Mörtstedt & Hellsten, 1994). Utförlig beskrivning av antaganden och litteraturgenomgång finns i Bilaga 1 och Bilaga 2. Transportavståndens betydelse för drivmedelsförbrukningen diskuteras närmare i Bilaga 3. 4.1 Odling, skörd och bärgning I Tabell 1 ges en sammanställning av energianvändningen vid odling och skörd av klövergräsvall samt vid bärgning av halm och betblast. Torrsubstanshalterna och energianvändningen anges efter skörde- och lagringsförluster, det vill säga för det material som förs till rötkammaren. Energianvändningen vid odling och skörd av 4
vallgrödor inkluderar framställning av handelsgödselmedel (utsäde och pesticider), tillverkning av traktorer och maskiner samt drivmedelförbrukningen vid odling, transport från fält och inläggning i plansilo. För halm och betblast har endast den extra energianvändning som bärgning, transport från fält samt lagring av substraten medför beräknats då dessa substrat antas vara biprodukter från växtodlingen. Halmen balas på fält och transporteras till lager. Betblasten skördas innan sockerbetorna tas upp, blasten ensileras i plansilo. Se Bilaga 1 för sammanställning av litteraturuppgifter och beräkningsgång. Tabell 1: Total energianvändning vid odling, skörd och bärgning av vallgrödor och skörderester Energianvändning Substrat Ts (%) Valt värde (GJ/ton ts) Intervall (GJ/ton ts) Klövergräsvall, ensilage Odling och skörd 23 1,9 1,8-1,9 (2,8) Halm Bärgning 82 0,28 0,24-(0,59) Betblast Bärgning, ensilering 19 0,54 4.2 Insamling av organiskt avfall Det transportarbete som krävs för att frakta hushållsavfallet till biogasanläggningen kan delas in i momenten insamling samt transport mellan insamlingsområde och biogasanläggning. Insamlingsmomentet är mer energikrävande per kilometer än transportmomentet på grund av stopp för lastning. Antalet stopp och längden på insamlingsrundan samt avståndet mellan insamlingsområde och biogasanläggning varierar mellan olika typer av insamlingsområden, vilket medför att den totala energianvändningen per ton avfall kan variera kraftigt mellan olika områden och kommuner. I Tabell 2 ges en sammanställning av energianvändningen vid insamling och transport av organiskt hushållsavfall i olika typer av insamlingsområden (se Bilaga 1 för källhänvisningar, beräkningar samt underlag för egna uppskattningar). I tabellen avser km körd sträcka, och inte avståndet mellan två punkter. Energianvändningen i tabellen är angiven per ton insamlat avfall, en del av det organiska avfallet kan dock komma att avskiljas vid olika förbehandlingssteg. I denna studie antas mängderna avskiljt organiskt avfall och effekterna av alternativ behandling av detta avfall vara försumbara. Den extra energianvändning som insamling och lastning av gödsel, avfall från livsmedelsindustri, handel etc. samt lastning av rötrest vid biogasanläggningen ger upphov till är svår att bedöma och antas här vara försumbar alternativt inkluderad i energianvändningen vid transport av substraten. 5
Tabell 2: Total energianvändning vid insamling och transport av organiskt hushållsavfall i olika insamlingsområden Energianvändning Insamlingsområde/ (MJ/ton ts*km) i Körd sträcka (km) Energianvändning (GJ/ton ts) Aktivitet Valt värde Intervall Valt värde Intervall Valt värde Intervall Tätort/hyreshus insamling 40 23-51 10 5-13 0,4 0,2-0,6 transport 8 10 5-15 (65) 0,08 0,04-0,1 (0,5) Suburb/villor insamling 30 19-30 35 30-90 (170) 1,1 0,5-1,2 (5) transport 8 20 15-35 (65) 0,16 0,1-0,3 (0,5) Landsbygd insamling 15 12-14 (30) 70 65-140 (260) 1,1 0,9-3 (3,7) transport 8 40 30-50 0,3 0,2-0,4 i Medellasten antas vara 4 ton och torrsubstanshalten i substratet 30 %. 4.3 Transport av substrat och rötrest Energianvändningen vid transport med lastbil eller traktor påverkas bland annat av faktorer som körhastighet, stopp och accelerationer, motor- och fordonsstorlek, lastens vikt och förarens körsätt. I Tabell 3 har den totala energianvändningen vid transport av olika substrat sammanställts från litteraturuppgifter (se Bilaga 2 för sammanställning av litteraturuppgifter och källhänvisningar). I tabellen avser km avståndet mellan två punkter. Värden för Energianvändning, exkl. tom retur används när returtransporten utnyttjas för retur av rötrest, vilket kan vara aktuellt vid rötning av gödsel i centrala biogasanläggningar och när rötresten återförs till ursprungsgården. När transporten sker med tom retur används värden för Energianvändning, inkl. tom retur. Tabell 3: Total energianvändning vid transport med lastbil alternativ traktor Fordon Energianvändning, inkl. tom retur (MJ/ton*km) Energianvändning, exkl. tom retur (MJ/ton*km) Lastförmåga (ton) Valt värde Intervall Valt värde Intervall Substrat Tankbil 16 1,6 1,5-2,3 1,0 0,8-1,3 Flytgödsel, rötrest, avfall från slakteri och livsmedelsind. Lastbil 30 1,1 1,0-1,2 0,7 0,6-0,8 Vall, betblast Lastbil 16 2,9 1,7 Halm Sopbil 8 4,8 Org. hushållsavfall Slamsugningsbil 3,2 Fettavskiljarslam i Traktor 8 3,5 Fast rötrest Traktor 10 8 5 Halm Traktor 15 2,5 Flytande rötrest Traktor 20 2 1,2 Vass (vall, betblast) i Något högre energianvändning på grund av stopp för insamling och stadstrafik. 6
4.4 Spridning av rötrest Beroende på rötningsteknologi och eventuell avvattning av rötresten efter rötning, kan rötresten hanteras och spridas som andra fasta eller flytande organiska gödselmedel. Här antas flytande rötrest spridas med traktor med tankvagn (ca 12-15 m 3 ) och fast rötrest med konventionell fastgödselspridare (ca 8-10 m 3 ). I Tabell 4 har litteraturuppgifter om den totala energianvändningen vid spridning av rötrest på åkermark, inklusive lastning och transport mellan lager och fält, sammanställts (se Bilaga 1 för litteratursammanställning och källhänvisningar). Se Bilaga 3 för beräkning av transportavstånd mellan biogasanläggning och fält. I tabellen antas transportavståndet mellan lager och fält vara 2 km. Mängden rötrest som sprids per hektar bestäms av grödans växtnäringsbehov och rötrestens innehåll av växtnäring och tungmetaller (se även Bilaga 3). I tabellen antas 30 ton flytande alternativt 25 ton fast rötrest spridas per hektar och spridningstillfälle. Tabell 4: Total energianvändning per ton rötrest vid lastning, transport samt spridning av rötrest på åkermark. Värden inom parentes anger i litteraturen funna intervall Energianvändning Typ av rötrest Lastning i (MJ/ton) Transport ii (MJ/ton) Spridning (GJ/ha) Spridning (MJ/ton) Totalt (MJ/ton) Flytande (<12 % ts) 2,5 5 0,5 (0,3-0,6) 17 25 Fast (>25 % ts) 7 7 0,35 (0,2-0,4) 14 28 i Energianvändning för lastning uppskattas här motsvara energianvändningen vid traktortransport av rötrest mellan lager och fält för fast rötrest och halva denna energianvändning för flytande rötrest. ii Transportavståndet mellan rötrestlager och fält antas vara 2 km. I rötkammaren kommer delar av det organiska materialet att brytas ner vilket medför en viktreduktion i det rötade materialet. Här antas dock att viktreduktionen är försumbar vid rötning av substratblandningar med låg torrsubstanshalt (ca 10 %) och att 1 ton vått material som matas in i rötkammaren därmed motsvarar 1 ton flytande rötrest. 4.5 Biogasutbyte När organiskt material (VS) bryts ner under anaeroba förhållanden bildas biogas som främst består av metan och koldioxid, men gasen kan även innehålla bland annat kvävgas, svavelväten och vattenånga. Det finns en rad faktorer som påverkar biogasproduktionen. Typ av substrat och substratens kemiska sammansättning påverkar utbytet, anaerob nedbrytning av syrefattiga molekyler, som till exempel fett, ger högre metanhalt i biogasen än nedbrytning av till exempel protein och kolhydrater. Genom att blanda och samröta olika substrat kan gasutbytet bli högre än om substraten rötades var och en för sig eftersom blandningens sammansättning av näringsämnen, kol-kvävekvot etc. kan optimeras. Rötningsteknik, temperatur, belastning, uppehållstid och eventuell förbehandling av substraten är andra faktorer som påverkar biogasutbytet. Nedbrytningen är snabbare vid högre temperaturer. Längre uppehållstid medför att större andel av det organiska materialet bryts ner. Förbehandling av substraten kan underlätta nedbrytningen. 7
Om substratens sammansättning är känd kan uppgifterna användas för att teoretiskt beräkna biogasutbytet. Värdena i Tabell 5 har tagits fram dels genom beräkning av metanutbytet vid fullständig anaerob nedbrytning av det organiska materialet i substraten och dels med hjälp av ingångsdata till rötningsmodellen i datamodellen ORWARE 1 (se Bilaga 4 för beskrivning av beräkningsgång och källhänvisningar). Värden för fullständig nedbrytning av VS bör ses som det teoretiskt maximala biogasutbytet. I praktiken begränsas dock biogasutbytet av att organiskt material byggs in i ny biomassa, mer svårnedbrytbart material inte hinner/kan brytas ner i rötkammaren samt av att den biologiska nedbrytningen kan begränsas av substratens sammansättning. Tabell 5: Teoretiska beräkningar av biogasutbytet från olika substrat Fullständig nedbrytning ORWARE i Andel VS Biogasutbyte Andel nedbrutet Biogasutbyte Ämne [% av ts] [MJ/kg ts] [% av VS] [MJ/kg ts] Kolhydrat, lättnedbrytbara 100 13 85 11 ii Fett 100 35 73 26 ii Protein 100 19 61 11 ii Matavfall 80 14 70 12 Trädgårdsavfall 94 16 42 6,8 Gräs 90 14 56 11 Halm 80 14 Blandgödsel 85 62 8,1 Svingödsel 80 62 8,6 Maginnehåll 90 67 11 i Dalemo (1999). Uppehållstiden är satt till 25 dygn och rötningen sker vid mesofila förhållanden. ii Biogasutbytet beräknat från uppgifter om andelen nedbruten VS samt biogasutbytet vid fullständig nedbrytning. I Tabell 6 har litteraturuppgifter om gasutbytet och den i senare beräkningar använda torrsubstanshalten för ett urval substrat sammanställts (se Bilaga 4 för ytterligare substrat och källhänvisningar). De stora variationerna i gasutbyte inom de olika substratgrupperna kan förklaras dels med variationer i substratens sammansättning och dels med skillnader mellan biogasanläggningarna, till exempel temperatur, uppehållstid, belastning och processutformning. Gödselns sammansättning påverkas till exempel av utfodringen, strömedel, strömängd och djurslag. Hos idisslare sker viss anaerob nedbrytning redan i matsmältningssystemet vilket medför att gödsel från idisslare ger mindre mängd gas än svingödsel. Gasutbytet från odlade grödor påverkas bland annat av skördetidpunkt. Skörd när andelen socker och protein är hög och cellulosan är låglignifierad ger högt gasutbyte. De valda värdena för gasutbytet kan spegla gasutbytet i en väl fungerande process, om nödvändigt vid blandning av flera olika substrat. Gasutbytet kan bli lägre än vad intervallet visar om biogasprocessen inte fungerar. 1 ORWARE (Organic Waste Research) är en datormodell där energi- och miljömässiga samt ekonomiska konsekvenser av olika hanteringssystem för kommunalt avfall studeras ur ett systemanalytiskt perspektiv. 8
Tabell 6: Biogasutbytet för och torrsubstanshalten i olika substrat Ts-halt, Gasutbyte, Gasutbyte valt värde valt värde Valt värde Intervall Substrat (%) (m 3 CH 4 /kg ts) (MJ/kg ts) (MJ/kg ts) Svingödsel 8 0,20 7,0 5,6-7,1 (8,5) Nötgödsel 8 0,175 6,2 5,6-8,5 (11,3) Vall 23 0,3 10,6 8-14 Betblast 19 0,3 10,6 7,8-14 Halm 82 0,20 7,1 5,6-8,5 (17) Organiskt hushållsavfall 30 0,35 12,4 10-14 Slakteriavfall 17 0,27 9,4 Fettavskiljarslam 4 0,63 22 20-27 4.6 Drift av biogasanläggningen och uppgradering av biogas 4.6.1 Energianvändning vid drift av biogasanläggningen Biogasanläggningens utformning och valet av substrat kommer att påverka hur mycket energi som åtgår i anläggningen dels i form av värme för hygienisering och uppvärmning och dels i form av el för bland annat pumpning, omrörning, sönderdelning och malning av materialet. Litteraturuppgifter om el- och värmeanvändningen i olika biogasanläggningar har sammanställts i Bilaga 5. I Tabell 7 anges värmebehovet dels som primärenergibehovet i procent av den producerade biogasens energiinnehåll (% av biogas) och dels som MJ primärenergi per ton substratblandning (MJ/ton substratblandning, där torrsubstanshalten i blandningen antas vara 10 %). Värmebehovet i biogasanläggningen tillgodoses via förbränning av biogas. En MJ värme antas motsvara 1,3 MJ primärenergi. Tabell 7: Totala värmebehovet i biogasanläggningarna, uttryckt som procent av den producerade biogasens energiinnehåll respektive MJ per ton substratblandning Värmebehov (% av producerad biogas) Värmebehov (MJ/ton substratblandning) Anläggning Valt värde Intervall Valt värde Intervall Gårdsanläggning, mesofil 35 32-40 250 i rötning Central anläggning, 13 6-17 110 70-120 (180) mesofil rötning Central anläggning, termofil rötning 13-26 i Beräknat från uppgifter om värmebehovet uttryckt i procent av producerad biogas. Värmebehovet i uppvärmda gårdsanläggningar kan vara större än värmebehovet i stora centrala anläggningar på grund av sämre isolering och sämre möjligheter till värmeväxling. 9
Här har ingen uppdelning i energianvändningen mellan hygieniseringssteget och uppvärmning av rötkammaren gjorts då det saknas uppgifter från fullskaleanläggningar om denna uppdelning. Eftersom hygieniseringen sker under relativt kort tid (någon timme, jämfört med uppehållstiden i rötkammaren som kan vara ca 20-25 dygn) och att värmen i det hygieniserade substratet kan utnyttjas för uppvärmning av rötkammaren antas olika krav på hygieniseringen endast marginellt påverka det totala värmebehovet i biogasanläggningen. I Tabell 8 redovisas det totala elbehovet för förbehandling, omrörning, pumpning etc. i olika anläggningar dels som primärenergibehovet i procent av den producerade biogasens energiinnehåll (% av biogas) och dels som MJ primärenergi per ton substratblandning (MJ/ton substratblandning, där torrsubstanshalten i blandningen antas vara 10 %). Tabell 8: Totala elbehovet vid förbehandling, omrörning, pumpning etc. i biogasanläggningar, uttryckt som procent av den producerade biogasens energiinnehåll respektive MJ per ton substratblandning Elanvändning (% av producerad biogas) Elanvändning (MJ/ton substratblandning) Anläggning Valt värde Intervall Valt värde Intervall Gårdsanläggning (gödsel) 6,5 3-6,5 33 i Central anläggning 11 8-17,5 (24) 66 ii (55-80) i Beräknat från uppgifter om elbehovet uttryckt i procent av producerad biogas. ii För substrat med hög torrsubstanshalt antas dessutom extra förbehandling krävas motsvarande 33 MJ/ton substrat. Det totala elbehovet varierar mellan olika typer av anläggningar och olika substrat. Olika substrat har olika förbehandlingsbehov, till exempel i form av sönderdelning, malning, påsavskiljning etc. Elbehovet för omrörning och pumpning påverkas bland annat av det rötade materialets viskositet och tendens att bilda svämtäcke eller av att partiklar sjunker till botten. Olika förbehandlingar anges i litteraturen motsvara ca hälften av det totala elbehovet i storskaliga anläggningar (se till exempel Dalemo, 1996; Nordberg m.fl., 1997; Nordberg & Edström, 1997). Vid gårdsbaserad rötning av till exempel gödsel finns inte samma behov av förbehandling. När elanvändningen uttrycks som MJ per ton substratblandning antas substrat med hög torrsubstanshalt kräva extra elanvändning för förbehandling motsvarande 33 MJ primärenergi per ton substrat. Vid rötning av substrat med hög torrsubstanshalt kan rötresten avvattnas till en flytande samt en fast fas och delar av den flytande fasen återföras till biogasreaktorn för att på så sätt minska tillförselbehovet av till exempel färskvatten. Elanvändningen vid avvattning av rötrest antas motsvara 10 MJ primärenergi per ton rötrest. 4.6.2 Energianvändning vid uppgradering av biogas Om biogasen ska användas som fordonsbränsle behöver den uppgraderas, det vill säga renas från koldioxid och andra oönskade gaser, till en metanhalt på ca 97 % samt 10
komprimeras. Primärenergianvändningen vid uppgradering av biogas i en storskalig uppgraderingsanläggning antas motsvara 11 % av biogasens energiinnehåll, varav reningen motsvarar 60 procent av energianvändningen och komprimering från 7 till 250 bars tryck 40 procent. Metanförlusterna vid uppgraderingen kan variera upp till ca 2 % (se Bilaga 5). Vid beräkning av energibalansen för biogassystem antas dock dessa metanförluster vara försumbara. När biogasen används för värme- eller elproduktion är uppgradering inte nödvändig. 4.7 Indirekta energivinster Rötning kan medföra en rad indirekta energivinster. I denna rapport inkluderas de indirekta energivinsterna som förbättrat växtnäringsutnyttjande av växtnäringen i substraten medför när behovet av att producera handelsgödsel minskar när rötresten ersätter handelsgödsel. Energianvändningen vid tillverkning av handelsgödselkväve respektive -fosfor antas här motsvara 45 MJ/kg kväve (N) respektive 25 MJ/kg fosfor (P) (Davis & Haglund, 1999). I Tabell 9 redovisas hur behovet av handelsgödsel uppskattas minska, och hur detta påverkar den indirekta energivinstens storlek, när olika substrat utnyttjas för biogasproduktion och när dessa biogassystem ersätter alternativa system för odling samt för hantering av gödsel och restprodukter. En utförlig beskrivning av dessa beräkningar ges i Börjesson & Berglund (2003). Tabell 9: Indirekta energivinster i form av minskat handelsgödselbehov vid ökat utnyttjande av substratens innehåll av kväve och fosfor Minskat handelsgödselbehov i Indirekt energivinst ii Kvävegödsel Fosforgödsel (MJ/ton ts substrat) (kg/ton ts) (kg/ton ts) Vall införs i konventionell 18-800 växtföljd utan vall Betblast samlas in 10-450 Rötad svingödsel ersätter 2,8-120 orötad gödsel Organiskt hushållsavfall rötas i stället för: - komposteras iii 6,7-300 - förbränns 19 4 970 i Avser skillnader i nettobehov av handelsgödsel, inklusive eventuella skillnader i förluster vid hantering och spridning av olika gödselmedel (Börjesson & Berglund, 2003). ii Avser primärenergi och livscykelemissioner från gödselmedelstillverkning. Data över emissionsnivåer baseras på Davis & Haglund (1999). iii Avser storskalig strängkompostering utan gasrening (Börjesson & Berglund, 2003). Enligt Sundberg m.fl. (1997) minskar på lång sikt behovet av inköpt kväve med ca 40 kg N per hektar på en konventionell växtodlingsgård utan vallodling där vall för biogasproduktion införs på motsvarande 30 % av åkerarealen. Minskningen beror delvis på att mullhalten i marken och mineraliseringen av organiskt bundet kväve ökar. Den indirekta energivinsten av denna besparing blir 45*40 = 1 800 MJ/ha eller, om vallskörden antas vara 7,5 ton torrsubstans per hektar, 1 800/(7,5*0,3) = 800 MJ per ton 11
ts vall. När betblast samlas in och rötas i stället för att lämnas kvar och plöjs ner minskar förlusterna av kväve, dels genom minskat kväveläckage, och dels genom minskad ammoniak- och kvävgasavgång. Dessa förluster uppskattas uppgå till cirka 30 kg N per hektar och år, varav kväveläckaget svarar för cirka en tredjedel. Rötning av gödsel kan medföra minskade förluster av kväve tack vare att kvävet i rötresten är mer växttillgängligt än i orötad gödsel. Kväveläckaget bedöms därigenom kunna minska med i genomsnitt cirka 7,5 kg N per hektar och år. Dock kan förlusterna av ammoniak öka något vid spridning av rötrest jämfört med orötad gödsel. Rötning av organiskt avfall från livsmedelsindustri och hushåll medför att näringsämnena i dessa restprodukter kan återvinnas genom att rötresten återförs till åkermark. Vid kompostering antas kompost kunna utnyttjas som gödselmedel, men en del av substratets kväveinnehåll kommer att förloras som ammoniak och lustgas. Askan från förbränning antas inte kunna återföras till åkermark på grund av föroreningar från andra, orena avfallsprodukter. 5 Energibalansberäkningar För att kunna bedöma energieffektiviteten i olika biogassystem och hur energibalansen påverkas av förändringar i systemen, har en energikvot definierats. Energikvoten beräknas som den totala primärenergiinsatsen som krävs för att driva systemet dividerat med energiinnehållet i producerad biogas, uttryckt i procent. Ju högre energikvoten är, desto sämre är energieffektiviteten i biogassystemet. När energikvoten överstiger 100 % är den totala energianvändningen för att driva systemet större än energiinnehållet i producerad biogas. Energikvot (%) = E E in ut E in = Total primärenergiinsatsen för att driva systemet E ut = Energiinnehållet i producerad biogas Ju högre kvot, desto sämre energieffektivitet Biogassystemens energieffektivitet beräknas även som nettoenergiutbytet, det vill säga energiinnehållet i producerad biogas minus den totala energiinsatsen för att driva biogassystemet. Nettoenergiutbytet anges dels som GJ per ton substrat torrsubstans och dels som GJ per ton substrat våtvikt. 5.1 Jämförelse mellan olika substrat I detta kapitel jämförs energieffektiviteten vid rötning av olika substrat när förutsättningar och antaganden om biogassystemet ändras. Se Bilaga 6 för sammanställning av bakgrundsuppgifter. 5.1.1 Grundalternativet Grundalternativet baseras på de valda värden som presenteras i tabellerna i kapitel 4.1 till 4.6. Dessutom antas följande: Odling, skörd/bärgning respektive insamling: Energianvändning för dessa moment har inkluderats för klövergräsvall, betblast, halm samt organiskt hushållsavfall 12
(energibehovet vid insamling av organiskt hushållsavfall antas vara 0,8 GJ/ton ts). För övriga substrat antas energianvändningen för dessa moment vara försumbar, alternativt inkluderad i transportarbetet. Drift av biogasanläggning: Biogasanläggningen antas vara en central anläggning avsedd för mesofil rötning, utan avvattning av rötresten. Torrsubstanshalten i substratblandningen som tillförs rötkammaren justeras till 10 % genom blandning av våta och torra substrat, plus eventuell tillsats av vatten. El- och värmebehovet i biogasanläggningen uttrycks i MJ per ton substratblandning (10 % ts). Eventuell extra vattentillsats eller överskottsvatten från blöta substrat allokeras till de torra substraten. Detta medför att 1 ton gödsel med 8 % ts motsvarar 0,8 ton substratblandning, medan 1 ton vall med 23 % ts motsvarar 2,3 ton blandning. Transportavstånd: Transportavståndet avser avståndet mellan biogasanläggningen och insamlingspunkten för substratet. Rötrest från gödsel, vall, betblast och halm återförs till ursprungsgården, transportavståndet för substrat blir samma som för rötrest. Rötrest från övriga substrat transporteras 15 km. Transport av substrat och rötrest: Transporterna sker med lastbil. Rötrest från gödsel transporteras tillbaks till gården med returtransport, lastbilen går då fullastad båda vägarna. Transport av övriga substrat och rötrester sker med tom returtransport. Ett ton substratblandning antas motsvara 1 ton rötrest, torrsubstansförlusterna i reaktorn antas vara försumbara. Spridning av rötrest: All rötrest är flytande. Transportavståndet mellan rötrestlager på gård och fält är 2 km. I Figur 3 har energikvoten använts för att beskriva den totala energieffektiviteten vid rötning av olika substrat enligt grundalternativet, beroende av transportavståndet mellan biogasanläggning och insamlingspunkt för substratet. Linjernas lutning anger hur kraftigt energieffektiviteten påverkas av transportavståndet. Energieffektiviteten för substrat vars linjer har brant lutning, som gödsel, fettavskiljarslam och halm, påverkas mer av ändrade transportavstånd än substrat vars linjer har flackare lutning, som slakteriavfall och organiskt hushållsavfall. En viktig skillnad mellan dessa grupper är att den senare gruppen representeras av substrat med relativt högt biogasutbyte per ton våtvikt i kombination med relativt energieffektiv transport. I grundalternativet är transportavståndet för rötrest från slakteriavfall, organiskt hushållsavfall och fettavskiljarslam 15 km oavsett transportavståndet för substraten. Rötrest från de jordbruksrelaterade substraten antas återföras till ursprungsgården vilket medför ökad energianvändning för rötresttransport med ökat transportavstånd för substraten. Halm har ett relativt högt biogasutbyte per ton våtvikt, men eftersom 1 ton halm motsvaras av ca 8 ton flytande rötrest efter spädning blir energianvändning för rötresttransporten hög och därmed kommer transportavståndet att få relativt stor betydelse för energieffektiviteten. Fettavskiljarslam har mycket högt biogasutbyte per ton torrsubstans, men på grund av den höga vattenhalten blir biogasutbytet per ton våtvikt lågt samtidigt som transporterna är energikrävanden. Gödsel har relativt låg torrsubstanshalt och lågt biogasutbyte vilket medför att transportavståndet mellan gård och biogasanläggning kommer få relativt stor betydelse för energiutbytet. Den enda skillnaden mellan systemen med nöt- respektive svingödsel är att biogasutbytet från nötgödsel är ca 12 % lägre än från svingödsel. Skillnader i energikvot mellan dessa substrat visar då hur en förändring av biogasutbytet påverkar systemens energieffektivitet. 13
En energikvot om 100 % motsvarar brytpunkten för hur långt transportavståndet maximalt kan vara innan den totala energiinsatsen överstiger energiinnehållet i producerad biogas. För nötgödsel ligger brytpunkten vid ca 190 km medan den för organiskt hushållsavfall respektive slakteriavfall ligger vid ca 570 och 740 km. I praktiken är dock inte så långa transportavstånd ekonomiskt rimliga, snarare rör det sig om avstånd upp till ca 10-30 km. Brytpunkten ger dock ett mått på energiöverskottet från systemet. 120 100 nötgödsel halm Energikvot (%) 80 60 40 20 svingödsel fettavsk.slam vall betblast slakteriavfall 0 0 50 100 150 200 Transportavstånd (km) org. hush. avf. Figur 3: Energikvoten vid rötning av olika substrat som funktion av transportavståndet. I Figur 4 beskrivs energikvoten uppdelad mellan de olika delprocesserna i biogassystemen, det vill säga transport av substrat och rötrest, hantering av substrat (eventuell odling, skörd, bärgning och insamling), spridning av rötrest samt elrespektive värmeanvändning i biogasanläggningen. Energianvändning har angivits vid 0 respektive 20 km transportavstånd mellan insamlingspunkt och biogasanläggning. Totalt sett används motsvarande ca 15-40 % av biogasens energiinnehåll för att driva biogassystemen. Drift av biogasanläggningen är generellt det delsteg som står för den högsta energianvändningen i biogassystemen, motsvarande ca 50-80 % av den totala energianvändningen i systemen. Värme- och elanvändningen har här angetts som MJ per ton substratblandning, det vill säga efter blandning av olika substrat och eventuellt vatten för att nå önskad torrsubstanshalt i reaktorn (här satt till 10 % ts). Detta innebär att ju högre biogasutbytet är per ton substrat torrsubstans, desto lägre andel av energikvoten kommer att utgöras av energianvändning i biogasanläggningen. För fettavskiljarslam, som har cirka tre gånger högre biogasutbyte per ton torrsubstans än halm och gödsel, motsvarar energianvändningen i biogasanläggning 8 % av biogasens energiinnehåll, medan motsvarande andel för gödsel och halm är 26-28 %. Vall är det substrat där energianvändning för hantering får störst betydelse. Odling och skörd av vall motsvarar ca 45 % av systemets totala energianvändning. Motsvarande siffror för bärgning av halm och betblast är ca 10 respektive 20 % samt för insamling av organiskt hushållsavfall ca 25 %. Till skillnad från övriga studerade substrat, som kan betraktas som restprodukter eller avfall från annan produktion, odlas vall enbart för 14
biogasproduktion vilket medför att vallalternativet belastas med hela energianvändningen från odling och skörd. I grundalternativet antas handelsgödsel användas för att täcka vallgrödans växtnäringsbehov, produktion av handelsgödsel motsvarar i detta fall cirka hälften av den totala energianvändningen vid odling av vall. Om delar av handelsgödseln kan ersättas med rötrest kan energianvändningen för handelsgödselproduktion minska. 40 transport av substrat Energikvot (%) 30 20 10 0 fettavsk.slam (0 km) (20 km) org. hush. avf. (0 km) (20 km) slakteriavfall (0 km) (20 km) betblast (0 km) (20 km) svingödsel (0 km) (20 km) nötgödsel (0 km) (20 km) halm (0 km) (20 km) vall (0 km) (20 km) transport av rötrest hantering substrat spridning av rötrest biogasanl - el biogasanl - värme Figur 4: Energikvotens uppdelning mellan de olika delprocesserna för olika substrat vid 0 respektive 20 km transportavstånd mellan insamlingspunkt och biogasanläggning. Skillnader i energianvändning mellan substrat- och rötresttransporter beror främst på skillnader i hur energieffektivt (MJ/ton*km) materialen kan transporteras samt massförhållandet mellan substrat och rötrest. Energianvändningen för transport av fettavskiljarslam påverkas starkt av transportavståndet medan energianvändningen är relativt låg för dess rötrest. Detta beror dels på slammets låga torrsubstanshalt samt den höga energianvändningen vid transport vilket medför stort transportbehov per ton torrsubstans, och dels på att stora delar av vattnet i slammet antas användas för spädning av andra substrat och att detta vatten därmed inte belastar energianvändning vid rötresttransporten. Vid mycket låga torrsubstanshalter, som till exempel för fettavskiljarslam, kommer en förändring av torrsubstanshalten med någon procentenhet att få stort genomslag på transportenergibehovet. Transport av betblast, halm och vall kräver mindre energi än transport av deras rötrester eftersom transport av dessa substrat är relativt energieffektiv samt att substraten måste spädas vid rötning. Speciellt tydligt är detta för halm som kräver mycket stor spädning samt för vall som kan transporteras energieffektivt. Det totala transportarbetet för de lantbruksrelaterade substraten motsvarar ca 10-18 % av den totala energianvändningen i dessa system vid transportavståndet 20 km. I Figur 5 har nettoenergiutbytet per ton substrat våtvikt angivits som funktion av transportavståndet mellan biogasanläggning och insamlingspunkt. Vid relativt korta transportavstånd påverkas nettoenergiutbyte (GJ/ton) i mycket stor utsträckning av 15
biogasutbytet per ton våtvikt. Halm och organiskt hushållsavfall har högt biogasutbyte per ton våtvikt och hög torrsubstanshalt vilket ger högt nettoenergiutbyte trots att det krävs relativt stora energiinsatser för att driva dessa system. Gödsel och fettavskiljarslam som har lågt biogasutbyte per ton våtvikt och låg torrsubstanshalt ger lågt nettoenergiutbyte per ton våtvikt. Om torrsubstanshalten i dessa substrat ändras med någon procentenhet kommer det få stort genomslag på nettoenergiutbytet. Linjernas lutning anger i vilken omfattning energiutbytet påverkas av transportavståndet. Lutningen beror här dels på energianvändning per ton vid transport av substrat och rötrest och dels på mängden rötrest per ton substrat. Halmens stora spädningsbehov, och därmed höga energianvändning vid rötresttransport, medför att dess nettoenergiutbyte påverkas i stor omfattning av förändringar i transportavståndet. Nettoenergiutbytet (GJ/ton substrat våtvikt) 4 3 2 1 0 0 50 100 150 200 250 Transportavstånd (km) halm org. hush. avf. betblast vall slakteriavfall fettavsk.slam svingödsel nötgödsel Figur 5: Nettoenergiutbytet (uttryckt som GJ per ton substrat våtvikt) som funktion av transportavståndet. I Figur 6 har nettoenergiutbytet (per ton substrat torrsubstans) för de olika substraten angivits som funktion av transportavståndet mellan biogasanläggning och insamlingspunkt. Vid korta transportavstånd påverkas nettoenergiutbytet per ton torrsubstans i mycket stor utsträckning av biogasutbytet per ton torrsubstans. Nettoenergiutbytet per ton torrsubstans blir därför jämförelsevis mycket högt för fettavskiljarslam, medan dess låga torrsubstanshalt medför lågt nettoenergiutbyte per ton våtvikt. Hushållsavfall har relativt högt biogasutbyte samt hög torrsubstanshalt, och ger därmed vid rötning ett jämförelsevis högt nettoenergiutbyte både per ton substrat våtvikt och per ton torrsubstans. Gödsel har relativt lågt biogasutbyte och låg torrsubstanshalt vilket medför att rötning av gödsel i denna jämförelse ger det lägsta nettoenergiutbyte både per ton våtvikt och per ton torrsubstans. 16