SMÅSKALIGA UPPGRADERING Henrik Olsson Institutet för jordbruk och miljöteknik

SMÅSKALIGA UPPGRADERING Henrik Olsson Institutet för jordbruk och miljöteknik

Småskalig uppgradering Biogas2020 Skandinaviens biogaskonferens Trollhättan 26-27 oktober 2016 JTI Institutet för jordbruks- och miljöteknik Henrik Olsson 2016-10-26

Forskning & Innovation på JTI JTI utvecklar kunskap för ökad hållbarhet med fokus på jordbruk, energi och miljö Ca 60 anställda (4 i Lund, 2 i Skara, övriga i Uppsala) Jordbruk Energi Miljö

Nu bygger vi en starkare, tydligare institutssektor för Sverige SP, JTI, Swedish ICT och Innventia går samman i RISE för att skapa en samlad institutssektor och bli en starkare innovationspartner för näringsliv och samhälle. Vid årsskiftet byter vi namn till RISE. Läs mer på www.ri.se

Agenda Varför småskalig uppgradering? Marknadsutmaningar och möjligheter Processintern metananrikning och askfilter

VARFÖR SMÅSKALIG UPPGRADERING?

Fordonsgas (1 000 Nm3) Fordonsgasmarknaden har utvecklats snabbt 180 000 160 000 140 000 120 000 100 000 80 000 60 000 Bussar m.fl. (biogas) Publika tankställen m.fl. (biogas) Bussar m.fl. (naturags) Publika tankställen m.fl. (naturgas) 40 000 20 000 0 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Källa: http://www.scb.se/sv_/hitta-statistik/statistik-efter-amne/energi/tillforsel-och-anvandning-avenergi/leveranser-av-fordonsgas/aktuell-pong/307506/310231/

Total biogasproduktion i Sverige (GWh/år) Biogasproduktionen går mot Uppgradering 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 Saknad data Fackling Industriell anv. El Värme Uppgradering 200 0 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Produktion och användning av biogas och rötrester år 2014 (ES 2015:03) https://www.energimyndigheten.se/globalassets/nyheter/2015/produktion-och-anvandning-av-biogas-och-rotrester-ar-2014.pdf

Men marknaden är fortfarande koncentrerad till större orter Källa: Gasbilen.se http://gasbilen.se/att-tanka-din-gasbil/tankstallen

Det finns små anläggningar och potential för fler 37 st gårdsanläggningar i Sverige (2014) Biogaspotentialen på små och medelstora gårdar (60-600 kor => ca 0,3-3 GWh/år) Ca 100 st mindre Avloppsreningsverk med biogasproduktion (ca 0,1-4 GWh/år) utan uppgradering (2014) Biogasanläggningen på Sötåsens Naturbruksgymnasium

Varför uppgradering kan vara ett attraktivt allternativ? Oftast svårt att avsätta all producerad värme vid en liten anläggning Lågt elpris, svårt med lönsamhet Stort behov av minskade utsläpp i transportsektorn Självförsörjandegrad och miljövärden

Företag Lösningar för småskalig uppgradering Teknik Ungefärlig storlek [GWh/år] Rågasflöde [Nm3/h] Specifik kostnad [SEK/kWh] Biorega 1 Vattenskrubber 1 19 0,62 Biosling 2 1,1 21 Vattenskrubber 4,5 86 0,15-0,25 Metener 3 Vattenskrubber 0,6 11 Neo-Zeo 4 PSA 3,1 59 Blue BONSAI Membranseparation 0,1-0,9 2-17 MemfoACT AS 5 Membranseparation 0,4 8 0,57 0,6 11 0,44 Biofrigas Kryogen separation 2,2 42 Xebec PSA/membran 1 19 JTI Processintern metananrikning (80 % metan) JTI 9 Askfilter 2,6 49 0,14 8 0,5 10 0,34 1 19 0,22 1 Biorega AB. 2 Biosling, 2014. 3 Persson, 2013. 4 Persson, 2013. 5 Liljemark m.fl., 2013. 6 Persson, 2013. 7 Nordberg, 2005. 8 Andersson, 2014. 9 Andersson, 2013.

Hur når den uppgraderade gasen slutanvändaren? 1. Uppgradering/rening 2. Torkning och odörisering 3. Komprimering 4. (ev.) Lagring och distribution 5. Långsam- eller snabbtankning 6. Slutanvändare och Kundrelationer Ozinga (2016). Combination CNG station http://energy.ozinga.com/cng-solutions/cng-fueling-stations/combination-station/ [2016-05-24]

Långsamtankning, endast komprimering Företag Modell Gasflöde [m 3 /h] Nardi compressori 1 CNG 1.0 3,6 CNG 5.0 18 Gasfill 2 HOME 2 BRC fuelmaker 3 FMQ 2.5 3 PHILL 1,5 FMQ 10 12 Motor Jikov CNG 4 MJ compact 05 5 CNG Canada Inc. 6 MCH5 CNG Compressor 5 MCH10 CNG Compressor 10 BRC fuelmaker, uå.

MARKNADSUTMANINGAR OCH MÖJLIGHETER

Marknadsutmaningar Lönsamheten och långsiktiga spelregler Avsättning för gasen Kundrelationer Ny teknik kräver kunskap och tid GWh/år 0,25 0,5 1 3 Mjölkkor* 60 120 240 720 Bilar** 13-28 25-56 50-112 150-336 * Endast en höftning från min sida. Ofta tillsätt energitätare substrat vilket att mer gas produceras vid samma anläggning. ** Antagit att bilarna drar mellan 5-10 kwh/mil och går ca 1 800-2 000 mil/år

Möjligheter till andra affärsmodeller Uppgradera hela eller del av gasflödet? Kanske en ny aktör som äger och driver uppgraderingsanläggningar Uppgradering Självkörande bilar?? En mack som kompletterar gårdsbutiken?

NBC, 07.09.2016 EU Project: Record Biomap Full Title: Research Coordination for a Low-Cost Biomethane Production at Small and Medium Scale Applications Duration: 01.04.2016 31.03.2018 Partners: DBFZ Germany (Coordinator), UWM Poland, JTI Sweden Funded by: EU H2020 under Grant Agreement No. 691911 www.biomethane-map.eu This project has received funding from the European Union s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 691911. 18

Processintern metananrikning och Askfilter SMÅSKALIG UPPGRADERING VID JTI

Processintern metananrikning Enriched Digester digester gas gas Air + CO 2 (off gas) + CH 4 60 80 % CH 4 40 20 % CO 2 CO 2 -rich digester content Digester content Continuous circulation of digester content Desorption unit Substrate CO 2 -poor digester content Digester Initially studied by: Richards BK, Herndon FG, Jewell WJ, Cummings RJ, White TE. In situ methane enrichment in methanogenic energy crop digesters. Biomass Bioenerg 1994;6(4):275-282. Air

CO 2 and CH 4 (vol %); H 2 S (ppm) Uppgradering av biogas - Utvecklingsarbete vid JTI och SLU Askfilter o Träaska för att fixera CO2 och H2S o >99 % CH4, <1 ppm H2S o o Dubbel nytta: Rening av biogas och stabilisering av aska. Askan kan spridas i skogen efter reningssteget Kräver mycket aska lokala förutsättningar styr Tre tillämpningar för askfilter: Småskalig uppgradering till fordonsgaskvalité Rening av H2S från deponigas Polering av uppgraderad gas inför förvätskning av biogas 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 CH4 CO2 H2S 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Time (h)

Tidigare och pågående arbete Processintern metananrikning Avloppslam i forskningspilot Gödsel i JTIs mobila pilotanläggning Matavfall JTIs mobila pilotanläggning Gödsel vid Sötåsens Naturbruksgymnasium Askfilter Labbförsök med olika askfraktioner Pilotförsök Labbförsök för rening inför förvätskning Pilotförsök för rening av svavelväte vid deponigasanläggningar Gårdsskaleförsök vid Sötåsens Naturbruksgymnasium

Pilotförsök med processintern metananrikning och askfilter Reference before upgrading In-situ methane enrichment After wood ash filter Digester CH 4 (%) 59-61 79-82 97 Upgrading CO 2 (%) 38-39 15-18 0 Balance (%) 1-2 3 3 H 2 S (ppm) 1100-1500 150-300 0 Sludge ph 7.4 7.7 na CO 2 desorption (% of na 72 100 produced) CH 4 slip (% of produced) na 1.8 - Sludge ph na 8.6 - na = not applicable

Askfilterkapacitet (Nm3 CH4/ton aska) Fördelar med att kombinera teknikerna 250 200 150 100 50 0 50% 60% 70% 80% Metanhalt i biogasen (%) Basserat på ett koldioxidupptag på 100 g CO2/kg aska

Småskalig uppgradering vid Sötåsens Naturbruksskola

Mål 260 m 3 rötkammare Demonstrera ett fungerande system för uppgradering av biogas till två gaskvalitéer vid Sötåsens biogasanläggning DIN 51624 (German standard for gas with a lower methane concentration L-gas ) SS 15 54 38 (Swedish standard for biomethane) Reducera svavelvätehalten i biogasen till < 300 ppm med processintern metananrikning <1 ppm med askfilter Utreda hur energi- och kvävebalansen påverkas av processintern metananrikning samt undersöka lämpliga metoder för att nyttigöra kvävet Utreda totalkostnaden för systemet med uppgradering och tankning

Tack för uppmärksamheten!

Tack till finansiärer

Henrik Olsson Projektledare JTI - Institutet för jordbruks- och miljöteknik JTI - Swedish Institute of Agricultural and Environmental Engineering Box 7033, SE-750 07 Uppsala Tel: +46(0)10-516 69 36 E-mail: Henrik.Olsson@jti.se Internet: www.jti.se