Demonstrationsprojekt i Sverige: biogas och bränsleceller

Demonstrationsprojekt i Sverige: biogas och bränsleceller Rapport från arbetsseminarium Elforsk rapport 11:47 Anna-Karin Jannasch, Catator AB Augusti 2011

Förord Denna rapport är framtagen inom projektet Teknikbevakning av bränslecellsområdet under 2010-2011 (Elforsk projektnummer 25043). Rapportens huvudsakliga slutsatser presenteras i en slutrapport för hela teknikbevakningsprojektet (Elforsk rapport 11:48). Projektet har till största delen finansierats av Energimyndigheten. E.ON Sverige, Volvo och Vätgas Sverige har bidragit med egeninsatser. Stockholm augusti 2011 Bertil Wahlund Programområde El- och värmeproduktion

Sammanfattning av arbetsseminarium om biogas och bränsleceller Den 21 juni 2011 genomförde företaget Catator på uppdrag av styrgruppen för Energimyndighetens teknikbevakningsprojekt för bränsleceller ett arbetsseminarium om biogas och bränsleceller. De primära målsättningarna med seminariet var att: 1) Samla aktörer verksamma inom biogasområdet med aktörer verksamma inom bränslecellsutveckling för utbyte av kunskap, behov och trender inom respektive ämnesområde. 2) Undersöka intresset och påbörja processen för att hitta möjliga demonstrationsprojekt för småskaliga biogasdrivna bränslecellsystem för kraft- och värmeproduktion i Sverige. Vid seminariet deltog totalt 35 personer, däribland representanter från företag eller organisationer verksamma inom biogasproduktion och biogasanvändning, utveckling och spridning av bränslecellssystem, energibolag, kommuner samt universitet, m fl. Deltagarlista finns sammanfattad i bilaga 1. Vid seminariet gavs sju stycken olika föredrag med syfte att ge kunskap och belysa hela produktionskedjan från självaste biogasproduktionen från olika substrat till den slutliga kraft- och värmeproduktionen i olika typer av bränslecellsystem. Aktuell status, framtidsutsikter samt kritiska punkter kring vart och ett av delstegen presenterades och diskuterades. För att tydliggöra bränslecellssystemens marknadspotential presenterades även ett föredrag kring konkurrerande, värmemotorbaserade teknologier där dess möjligheter och prestanda i kombination med biogas redovisades och diskuterades. En sammanställning av föredragens titlar och föredragshållare ges i tabell 1. Tillhörande presentationsmaterial, inkluderande introduktion, finns sammanställt i bilaga 2-9. 1

Tabell 1. Sammanställning av titlar och föredragshållare för de föredrag som presenterades vid arbetsseminariet. 1 Carl-Erik Sandströms presentationsmaterial redovisades av Anna-Karin Jannasch/Catator p g a sjukfrånvaro. Titel på föredrag Biogas från gödsel och avfall- Nuläge och trender för småskaliga lantbruk och samrötningsanläggningar Biogas, föroreningar och uppgraderingstekniker Framtida kvalitétsaspekter på biogas tillförd det nationella gasnätet Reformering av biogas för drift i bränsleceller SOFC drift i biogasapplikationer Föredragshållare, Företag/Organisation Mats Edström, miljöteknik Institutet för jordbruks och Anneli Peterson, Svenskt Gastekniskt Center AB Håkan Eriksson, Eon Biogas Sverige AB Anna-Karin Jannasch, Catator AB Carl-Erik Sandström, Wärtsilä Finland Oy 1 MCFC drift med biogas Carina Lagergren, avd. för Tillämpad Elektrokemi, KTH Förbränningsbaserade m- CHP teknologier Corfitz Nelsson AB, Svenskt Gastekniskt Center Seminariet avslutades med en ca timmes lång gemensam diskussion med fokus på frågeställningar såsom: - Vilket intresse finns och vad är nyttan av/målsättningen med demonstrationsprojekt för biogas och bränsleceller i Sverige? - Vilken typ av projekt vill vi se? Vilka behov finns? - Hur kan projekten riggas framgångsrikt? Diskussionen leddes av Hanna Jönsson från Biogas Väst, Västra Götalandsregionen, som agerade moderator vid seminariet. Mer detaljerad beskrivning av tankar och frågeställningar inför diskussionen finns sammanställt i bilaga 10. En kortfattad summering av diskussionen följer nedan. Även om intresset för användning av biogas i bränsleceller för småskalig kraft- och värmeproduktion, utifrån ett internationellt perspektiv, är relativt svalt i Sverige för den stora massan så finns ett starkt och växande intresse att demonstrera och utvärdera denna teknologi vidare för mer lokala ändamål/nischmarknader inom landet. Ett exempel på en sådan nischmarknad är småskalig kraft- och värmeproduktion på enskilda gårdsanläggningar. Enligt bl a Mats Edström, JT, visar lantbrukarna idag stort intresse för att producera och använda biogas för effektiv kraft- och värmeproduktion, vilket inte bara resulterar i de fördelar som kommer med 2

att el- och värme produceras på plats med en relativt hög verkningsgrad utan framförallt för att deras gödselrötning då värderas dubbelt upp ur ett miljöperspektiv. Fastighetsbolag, bl a Skanska, samt olika kommuner, bl a Malmö kommun (SegePark), är andra sektorer som visar ett växande intresse för kombinationen biogas-bränsleceller. Det senare följer framförallt av att bränslecellsteknologin är en effektiv elproducerande teknologi, men också för att installation och användning av en biogasdriven bränslecell ger stor uppmärksamhet och visar på en tydlig miljöprofil och vilja till att ta sig an ny, modern teknologi. Vilken typ av projekt vill vi då se och vilka behov finns? Detta var en av huvudfrågorna som diskuterades. Diskussionen kretsade bl a om huruvida det överhuvudtaget fortfarande finns ett kunskapsbehov av att bygga upp en demonstrationsanläggning för drift med upparbetad biogas, illustrerad som Vägval 1 i figur 1 nedan, eller om man istället bör fokusera på att driftsätta och utvärdera ett system för drift med icke-upparbetad, dock renad, biogas illustrerad som Vägval 2 i figur 1. Idag finns det närmare 10 000 bränslecellssystem installerade runt om i världen. Merparten av dessa är i drift med naturgas, inkluderande både lågtemperatur (LT/HT-PEMFC, PAFC..) och högtemperaturbaserade (SOFC, MCFC) bränslecellssystem. Det finns således idag god kunskap om att driva bränslecellssystem på naturgas och bränslen av snarliknande gassammansättning, och därmed inget kvarstående tekniskt behov att utvärdera ett bränslecellssystem för enbart upparbetad biogas, bestående av mestadels (> 96 % ) metan. Vägval 2 ansågs av merparten betydligt mer intressant både utifrån en teknisk och marknadsmässig synvinkel. I motsats till tester med naturgas och liknande, är antal rapporterade fälttester med icke-upparbetad biogas fortfarande mycket begränsat. Detta vägval skulle således bidra till att fylla ett existerande kunskapsglapp. Dessutom skulle resultat utifrån detta vägval bidra till att illustrera en av fördelarna med bränslecellssystem relativt konkurrerande teknologier för småskalig kraft- och värmeproduktion. Till skillnad mot system baserade på olika förbränningsmotorer, med undantag för system baserade på Otto-motorn, är bränslecellsteknologin kompatibel med lågenergigaser såsom icke-upparbetad biogas med metanhalter ner till så pass låga halter såsom 35-40 %. Gasens höga koldioxidhalt kan i dessa system t o m vara fördelaktig då man kan utnyttja denna vid reformeringssteget ( sk torr (CO 2 )-reformering) och därmed uppnå mycket höga verkningsgrader i förenklade systemlösningar. Ett av de väsentliga fördelarna med vägval 2 är naturligtvis att ingen komplicerande, kostsam upparbetningsteknik krävs för vidare el- och värmeproduktion, vilket naturligtvis är en stor fördel för t ex den enskilda gårdsanläggningen. Tyvärr kommer man däremot inte ifrån att biogasen ändå måste renas med avseende på förekommande föroreningar såsom svavel, halogener, siloxaner, m fl, då dessa förgiftar och därmed förstör bränslecellssystemens prestanda till olika grad, även vid mycket låga halter (ppm-nivå). Exakt vilka reningsbehov som finns varierar däremot mycket beroende på vilka substrat som används för biogasframställningen, rådande driftbetingelser och vilket bränslecellssystem man har, mm. Beträffande kraven på bränslekvalité skall det också noteras att det från flera håll under 3

diskussionen (Wärtsilä, Catator, KTH) konstaterades att det fortfarande finns stora kunskapsbrister då det gäller just gifttoleransen för de olika bränslecellssystemen. En stor del av de resultat som redovisats i den öppna litteraturen inom detta område går fortfarande isär samtidigt som bränslecellstillverkarna naturligtvis väljer det säkra före det osäkra, d v s förespråkar alltid att aktuella föroreningar reduceras till så pass låga koncentrationer som möjligt (ppb-nivå). Det konstaterades således att det också existerar ett behov av att genomföra systematiska toleransstudier med avseende på vanligt förekommande föroreningar i biogas. Figur 1. Illustration av olika vägval för ett framtida demonstrationsprojekt. Hur kan då ett framgångsrikt projekt riggas? Var skulle en demonstrationsanläggning kunna placeras? Ett fåtal olika typer av demonstrationsanläggningar och dess olika potentiella nyttor inför framtiden i form av synlighet och marknadsvolymer diskuterades. Frågeställningarna berörde bl a om huruvida det är intressant att bygga upp ett s k GlasHus två, dvs en uppföljning till de system som utvärderades och demonstrerades i Hammarbysjöstad/Stockholm under perioden 2002-2008, eller om det är av större värde att demonstrera bränslecellsteknologin i kombination med biogas på ett lantbruk. Det förstnämnda skulle eventuellt vara intressant för fastighetssektorn, men skulle då enbart innefatta tester med upparbetad, renad biogas från gasnätet. Lantbrukstillämpningen skulle, 4

som tidigare beskrivits, kunna inkludera både icke-upparbetad och upparbetad gas. Ett konkret förslag beträffande placering från lantbrukssidan som lyftes upp var olika Ekobyar, eller vid ett naturbruksgymnasium (Sötåsen). Olika tillämpningsförslag vid ett lantbruk nämndes också. Ett av dessa som lyftes fram var att koppla ihop ett bränslecellssystem med mjölkmaskiners kylprocess. Sammanfattningsvis konstaterades att detta arbetsseminarium var en lyckad tillställning, framförallt då man lyckats samla aktörer från olika världar med åtskilda specialistkompetenser. Det senare möjliggör för utbyte av värdefull kunskap och idéer för vidare tankegångar och framtida samarbetsprojekt. Förutom utbyte av kunskap och idéer av framtida demonstrationsanläggning för biogas och bränslecellsteknologi uttryckte både Anna Alexandersson, Vätgas Skåne och Benny Thell, Malmö serviceförvaltning, att deras organisationer är mycket intresserade av att bidra finansiellt till demonstrationsanläggningar inom ämnesområdet och välkomnade ansökningar. Bertil Wahlund, Elforsk, nämnde även han att de gärna ser och följer sådana framtida demonstrationsprojekt inom landet, men att de i dagsläget inte kan ge något svar på huruvida de kan bidra finansiellt eller ej. 5