Gårdsbaserad biogasproduktion på Åland

Gårdsbaserad biogasproduktion på Åland Samuel Pettersson Högskolan på Åland serienummer 2013:11 Maskinteknik Mariehamn 2013 ISSN 1458-1531 Mariehamn 2009

Examensarbete Högskolan på Åland Utbildningsprogram: Författare: Arbetets namn: Handledare: Uppdragsgivare: Maskinteknik Samuel Pettersson Gårdsbaserad biogasproduktion på Åland Göran Henriksson BioEnerMart AB, Martin Nilsson Abstrakt: Examensarbetet har gjorts på förfrågan av Martin Nilsson på BioEnerMart AB. Syftet med arbetet är utreda gårdsbaserade biogasanläggningars förutsättningar på Åland. I början av arbetet beskrivs den mikrobiologiska processen och nedbrytning av gödsel samt kriterier för att få en jämn och stabil biogasproduktion. Arbetet beskriver situationen på Åland gällande tillgängliga gårdar, stöd och produktion av biogas på gårdarna. Möjlig utrustning och teknik för kraftvärmeproduktion presenteras och granskas för biogasanläggningar. Två gårdar utreds noggrannare med två anläggningar från anläggningstillverkare. Produktions, - kostnads, - och lönsamhetskalkyler presenteras. Till arbetet har jag använt mig av information från internet, bönder och områdesexperter inom lantbruk, ekonomi och teknik. Nyckelord (sökord): Biogas, metan, rötning, nedbrytning, kraftvärmeproduktion, gasmotor, biogödsel Högskolans serienummer: ISSN: Språk: Sidantal: 2013:11 1458-1531 Svenska 63 Inlämningsdatum: Presentationsdatum: Datum för godkännande: 24.05.2013 13.02.2013 24.05.2013

Degree Thesis Högskolan på Åland / Åland University of Applied Sciences Study program: Author: Title: Academic Supervisor: Technical Supervisor: Marine engineering Samuel Pettersson Agricultural Biogas Production in Åland Göran Henriksson BioEnerMart AB, Martin Nilsson Abstract: This thesis is made on commission by BioEnerMart AB, Martin Nilsson. The purpose of this thesis is to investigate agricultural biogas production conditions in Åland. At the beginning of the thesis the microbiological process is described, the decomposition of the manure and criteria to maintain a stable and steady process. The thesis describes the situation in Åland according to available farms, promotion and production of biogas on the farms. Possible equipment and technology for combined heat and power production have been presented and looked into for biogas production. Two farms have been further examined with biogas plants from two plant manufacturers. Production, costs and viability analyses are also being presented. To find information and knowledge to the thesis I have used internet, asked farmers and experts in agriculture, economics and techniques. Key words: Biogas, methane, decomposition, combined heat and power production, gas engines, bio fertiliser Serial number: ISSN: Language: Number of pages: 2013:11 1458-1531 Swedish 63 Handed in: Date of presentation: Approved on: 24.05.2013 13.02.2013 24.05.2013

INNEHÅLLFÖRTECKNING 1 INLEDNING... 3 1.1 Projektuppgiften... 3 1.2 Syfte och motiv... 3 1.3 Metod och tillvägagångssätt... 4 1.4 Avgränsningar... 4 2 BAKGRUND... 5 3 UTREDNINGAR KRING BIOGASPRODUKTION PÅ ÅLAND... 8 4 BIOGASPROCESSEN... 9 4.1 Definitoner och terminologi... 9 4.2 Anaerob rötning... 10 4.2.1 Mesofil eller termofil processtemperatur... 12 4.2.2 Betydelsefulla faktorer för processen... 13 4.2.3 Våtrötning och torrötning... 14 4.3 Biogasen... 15 4.3.1 Biogasens sammansättning... 15 4.3.2 Biogasens egenskaper och hälsorisk... 16 4.3.3 Gasutbyte... 17 4.4 Anläggningens komponenter... 19 4.4.1 Blandningsbrunn... 19 4.4.2 Rötkammare... 20 4.4.3 Rötresten... 21 4.4.4 Gasanvändning... 22 5 DE ÅLÄNDSKA GÅRDARNA... 24 5.1 Gårdarnas förutsättningar... 24 5.2 Råmaterialet... 25 5.3 Biogaspotential från gårdarna... 26

5.4 Kartläggning av de åländska gårdarna kommunvis... 27 5.4.1 Geta... 27 5.4.2 Saltvik... 28 5.4.3 Sund... 29 5.4.4 Finström... 29 5.4.5 Jomala... 30 5.4.6 Hammarland... 30 5.4.7 Lumparland... 31 6 KRAFTVÄRMEPRODUKTION... 32 6.1 Gasmotor och dieselmotor... 32 6.2 Gasturbin... 35 6.3 Övriga kraftvärmeproducerande anläggningar... 35 6.3.1 Sterlingmotor... 36 6.3.2 Bränslecell... 36 7 RÖTRESTEN... 38 7.1 Näringsinnehåll och egenskaper... 38 7.2 Hantering av biogödsel... 39 7.3 Värdering av biogödsel... 40 8 STÖD OCH TARIFFER... 41 8.1 Elförsäljning... 41 8.1.1 Koppling till elnätet... 42 8.1.2 Elförsäljning... 42 9 EXEMPELGÅRDARNA... 44 9.1 Case1... 44 9.1.1 Anläggningstillverkare... 46 9.1.2 Produktionskalkyl för anläggningarna... 46 9.1.3 Investerings- och lönsamhetskalkyl... 48 9.2 Case 2... 54

9.2.1 Anläggningstillverkare... 55 9.2.2 Produktionskalkyl... 55 9.2.3 Investerings och lönsamhetskalkyl... 57 10 SLUTSATSER... 59 11 KÄLLFÖRTECKNING... 61 BILAGOR... 63

1 INLEDNING 1.1 Projektuppgiften Gårdsbaserad biogasproduktion på Åland görs åt BioEnerMart som är projektbeställare. Martin Nilsson och hans företag BioEnerMart utför ingenjörs- och konsulttjänster inom bioenergibranschen. Det var under sommaren 2012 då jag gjorde min verkstadspraktik på ÅCA (Ålands Centralandelslag) som jag kom i kontakt med Martin och hans firma BioEnerMart. Vi började diskutera tanken om hur åländska bondgårdar kunde på det enklaste och billigaste sättet producera biogas ur gödseln. Hur skulle man ta tillvara på biogasen från gödseln och hur kunde energin i gasen bäst användas på gården. Eftersom jag själv är intresserad av bioenergi och biogas samt att Martin hade förfrågningar om biogasprojekt så kom vi överens om ett examensarbete gällande biogas på åländska bondgårdar. 1.2 Syfte och motiv Arbetets syfte är att redogöra förutsättningarna ett på det enklaste och mest ekonomiska sättet utvinna biogas ur gödseln på de åländska gårdarna. Utgående från det skall jag få svar på följande frågeställningar: 1. Vad är biogaspotentialen på de åländska gårdarna? 2. Vad skall den producerade biogasen användas till? 3. Vad är en biogasanläggnings lönsamhet och återbetalningstid samt hur ser framtiden ut? Arbetet görs som en utredning för att se ifall det finns förutsättningarna för gårdsbaserad biogasproduktion på Åland. Utredningen skall fungera som ett underlag till de åländska bönderna och djurägarna. Även andra intresserade som har olika sorters bioavfall som kan rötas i en biogasrektor kan tänkas dra nytta av detta arbete. 3

1.3 Metod och tillvägagångssätt För att söka information och kunskap inom ämnet har jag använt mig främst av internetsökning. Mycket information finns att tillgå på nätet och det har gått mycket tid åt att samla på sig relevant och tillförlitligt material. Det har gjort många examensarbeten om gårdsbaserade biogasanläggningar i både Sverige och Finland. Genom att analysera dem har jag kunnat jämföra dem med åländska förhållanden gällande gårdsupplägg, substrat och det geografiska läget. Jag har använt mig av rapporter, faktaböcker och gjort undersökningar. Även viktiga diskussioner och synpunkter i form av intervjuer har framförts mellan mig, bönder och personer inom bioenergibranschen. Jag kommer att ha två gårdar som exempel och som jag noggrannare studerat förutsättningarna för. Min fokus ligger i att ta reda på det senaste inom biogas. I Europa är det Tyskland är ledande inom biogasutvecklingen och den teknik som finns tillgänglig. I Sverige har man kommit lite längre än Finland gällande biogas och senaste teknik. Jag valt att söka offerter och anläggningspris från finska biogasanläggningstillverkare då priserna är i euro och intresset är stort för biogas i Finland. För att hjälpa mig att räkna, ställa upp kalkyler och diagram samt att visa resultat, figurer och tabeller har jag använt mig av Microsoft Excel. 1.4 Avgränsningar Arbetet kommer att i huvudsak behandla förutsättningarna för åländsk gårdsbaserad biogasproduktion med gårdsbaserade biogasanläggningar på fasta Åland. Skärgården utelämnas p.g.a. att så få gårdar finns där. Arbetet kommer inte att behandla några byggnadstekniska lösningar gällande t.ex. gashantering, byggnader och markarbeten. Inte heller miljö, hälsa och säkerhets analyser kommer att behandlas i någon större utsträckning. 4

2 BAKGRUND Debatterna och diskussionerna kring förnybar energi och klimat är omfattande just nu. Vi ser förändringarna och effekterna i vårt samhälle och vår natur. Media, organisationer och politiker bombarderar oss med information, rapporter och kunskap om hur vår planet lider av människors slöseri på energiresurser, nedsmutsning och klimatpåverkan. FN:s klimatpanel förutspår att jordens medeltemperatur kan öka med 1,1 6,4 grader de närmaste 100 åren. Vi måste ta vårt ansvar och leva efter förändringarna samtidigt som vi måste minska våra utsläpp och energikonsumtion. (Vattenfall, 2012) Stora organisationer som EU och IEA (Internationella energiorganet) påverkar oss i en allt större utsträckning. EU:s 20/20/20 mål utgör det centrala ramverket för den europeiska energi- och klimatpolitiken. Man vill minska utsläppen av växthusgaser med 20 %, öka andelen förnybar energi till i genomsnitt 20 % av den slutliga förbrukningen och höja energieffektiviteten med 20 % fram till år 2020 (Arbets och näringsministeriet, 2012). Man strävar efter en trygg tillgång av energi till ett konkurrenskraftigt energipris i enlighet med den centrala linje som EU:s energi och klimatpolitiska vilja framfört. Energiutvinning och samhällspositiva åtgärder framförs på ett samhällsekonomiskt och bra sätt. EU:s mål att minska användandet av fossila bränslen uppnås då biogasen kan användas vid kraftvärmeproduktion och när det uppgraderas till fordonsbränsle. (Roth, Johansson, & Benjaminsson, 2009) Utnyttjandet av förnybar energi i Finland hör till Europas främsta, med ca 28 % förnybar energi av slutförbrukningen. För att nå EU:s klimatmål till år 2020 måste andelen förnybar energi stiga till 38 procent i Finland. Den energipolitiska visionen i Finland är att år 2050 skall den förnybara energin stå för 60 % av energiförsörjningen. Strävan om ett kolneutralt energisystem kräver en stor omvälvning och för att lyckas måste den totala energianvändningen minska. (Motiva, 2009) 5

Biogas är en förnybar energiresurs och ökar minimalt miljöpåverkan i form av ökade växthuseffekter. Metangasen har en 20 gånger starkare påverkan som växthusgas än koldioxid. Metangasen som är huvudbeståndsdel i biogasen är ett rent bränsle och har väldigt låga utsläppsrester av tungmetaller, stoft och aska. Genom att röta avfall, slam och gödsel från djur minskar man miljöpåverkan eftersom metangas naturligt avgår från dessa produkter. Rötresten eller biogödseln som blir över i biogasprocessen kan användas som ett komplement till handelsgödseln. Handelsgödseln är energikrävande och bidrar genom tillverkning till stora koldioxidutsläpp. Biogödseln har en högre andel näringsämnen efter rötningsprocessen än innan rötning som enbart gödsel. Biogödseln är mer lättillgänglig för växterna och bidrar till andra växtrelaterade förbättringar, bl.a. ökad mullhalt och återcirkulering av näringsämnen tillbaka till jorden. (Roth, Johansson, & Benjaminsson, 2009) Landskapet Åland har som mål att i enhet med EU:s klimatmål minska klimatpåverkan. År 2007 gjordes på uppmaning av landskapsregeringen en klimatstrategi för Åland. Studien innehåller målsättningar och visioner för hur den åländska klimatpåverkan skall minimeras. I rapporten har man fokuserat på växthusgaserna och metoderna för att kunna minska dem. Olika utsläppskällor har granskats och kort redogjorts för hur man kan minimera klimatpåverkan inom varje område. Det är framförallt växthusgaserna koldioxid (CO 2 ), metan (CH 4 ) och dikväveoxid eller lustgas (N 2 O) man granskat och kommit fram till den totala mängden på 210 000 kg GWP per år. GWP betyder uppvärmningspotential globalt sett (figur 2-1 visar hur situationen såg ut på Åland år 2001). (Ålands landskapsregering, 2007) Övrig Djurhållning och oljeförbränning gödselhantering 4% 11% Vägtrafik 10% Skärgårdstrafik 4% El och värme 17% Avlopp och avfall 4% Övrig sjöfart 50% Figur 2-1: Global uppvärmning fördelat på utsläppskällor för Åland 2001 (Ålands landskapsregering, 2007) 6

Ålands landskapsregering har beviljat olika stöd för förnybar energiframställning bl.a. till olika flis- och värmepannor för fjärrvärmeproduktion. (Ålands landskapsregering, 2007) På lång sikt vill man att 100 % av el- energiproduktionen skall vara utan koldioxidutsläpp. Vindkraft, sol- och bioenergi med bl.a. biogas ses som en stor energipotential på Åland. Biogasen skulle då tas tillvara på gårdsanläggningar och reningsverk för elgenerering och fordonsdrift. (Ålands landskapsregering, 2007) 7

3 UTREDNINGAR KRING BIOGASPRODUKTION PÅ ÅLAND Genom åren har det forskats kring biogas och biogasproduktion på Åland. Redan i början på 1990-talet gjorde Conny Rosenberg för Ålands teknologicentrum en utredning om biogas som energikälla på Åland. Utredningen inriktade sig på att sammanställa alla tänkbara material och vilka som material som skulle vara mest lämpade för biogasproduktion på Åland. Utredningen studerar energigrödors, jordbruksrelaterat rötningsmaterials samt livsmedel- och industriavfalls potential för biogasproduktion. Planering och beräkningar gjordes på en biogasanläggning som skulle byggas vid Ålands Lantmannaskola och som skulle röta 1950 ton substrat, främst slakteriavfall och gödsel från nöt- och svindjur. Anläggningen skulle då producera ca 1,2 GWh per år. I utredningens slutsatser kan konstateras att svårigheter med att få tillräcklig lönsamhet krävde att substratet skulle behöva vara billigt eller näst intill gratis. Samtidigt var oljan så pass billig att biogasen hade svårt att konkurrera med den. (Rosenberg, 1991) Lennart Thyselius gjorde år 1993 en noggrannare utredning av en pilotanläggning samt storskalig biogasproduktion på Åland. Rapporten är en påbyggnad av Conny Rosenbergs utredning från 1991. Thyselius utredning påvisar liknande resultat som Rosenbergs där kostnaden för substratet helst bör vara gratis för att uppnå ekonomisk lönsamhet. (Thyselius, 1993) År 2003 har SWEKO VIAK med uppdrag av Ålands miljöservice gjort en förstudie för rötning av olika avfall på Åland. Hushållsavfall, slakteriavfall och fiskavfall var de stora rötningskomponenterna i förstudien. En rötkammare på 1500 m 3 skulle röta ca 4400 ton organiskt avfall och producera närmare 4,8 GWh per år. Förstudien visar att biogasanläggningen skulle vara genomförbar både tekniskt och ekonomiskt. (SWEKO VIAK AB, 2003) 8

4 BIOGASPROCESSEN Naturligt produceras biogas i våt- och sumpmarker med begränsad syretillgång. Biogas bildas då organiskt material bryts ner av bakterier i syrefri miljö. Biogas produceras även i avfallsanläggningar och deponistationer, reningsverk för vatten och avloppsslam. I en biogasanläggning eftersträvar man den naturliga miljön men med en mer effektiv och kontrollerad process. 4.1 Definitoner och terminologi Anaerob process eller rötning Organiskt material som bryts ner under syrefria förhållanden. Substrat Det organiska materialet som förs in i reaktorn. Rötrest Det rötade materialet som tas ut från reaktorn. Belastning Mängden substrat som matas in i reaktorn per tidsenhet, oftast kg VS per m 3 rötkammarvolym per dygn. VS (volatile solids) Glödförlust, flyktiga organiska ämnen av nedbrytbart material. VS är det som avgår efter att TS bränts i 550 C. Kvar efter förbränningen blir en oorganisk ask rest. TS (total solids) Materialets torrsubstans halt och anges i %. Torrsubstansen är det som blir kvar efter att substratet och främst vatten avdunstats genom torkning i 105 C. Uppehållstid (HRT) (Hydraulic retention time) Materialets genomsnittliga uppehållstid. Tiden varierar mellan vilken temperatur man använder, mesofil (25-40 C) eller termofil (över 45 C) processtemperatur. För mesofil processtemperatur varierar uppehållstiden mellan 15-30 dygn och för termofila förhållanden mellan 10-15 dygn. Metanutbyte Metanutbytet i Nm 3 per ton TS eller Nm 3 per ton våt vikt för ett givet substrat. 9

Flytgödsel Gödseln är pumpbar och förvaras i flytgödselbehållare. För nötdjur är TS halten i nötflytgödseln ca 9 %. Fastgödsel Gödseln kan staplas och lagras på gödselplatta. TS halten är över 20 %. Rekrytering Ungdjur, en kalv eller kviga. Rejektvatten Den del som till största del innehåller vatten efter separation från fast material. 4.2 Anaerob rötning Under den anaeroba (syrefria) processen bryts det organiska materialet ner till metan (CH 4 ) och koldioxid (CO 2 ) (se figur 4-1). Nedbrytningsprocessen kan indelas i 3 steg, hydrolys, syrabildning och metanbildning. De 3 stegen är kopplade till olika sorters grupper av bakterier och organismer. Samspelet mellan stegen har stor betydelse för en fungerande kedja. Om första steget inte producerar substratet vidare påverkas de två andra stegen negativt och gasproduktionen minskar. Om det tredje och sista steget inte fungerar sker en ackumulering av syror producerade i det andra steget och hela processen hämmas. (Geraldi, 2003) 10

Figur 4-1: Anaerob nedbrytning (Svenskt gastekniskt center, 2009) I det första steget, hydrolysen bryts kolhydrater, fetter och proteiner ner av enzymer till socker, glycerol och aminosyror. Nedbrytningshastigheten under hydrolysen bestäms av både substrats- och bakteriekoncentrationen samt yttre faktorer som ph och temperatur. (Hallin, 2008) I det andra steget, syrabildningen bryts sockret, glycerolet och de långa aminosyrorna ned med hjälp av mikroorganismer. Vid en välfungerande process bryter mikroorganismerna snabbt ned substratet med ett högt energiutbyte. Substratet omvandlas till CO 2, vätgas och ättiksyra som direkt kan användas vid metanbildningen. Ett tecken på att processen fungerar bra är att vätgasens partialtryck hålls lågt. Vid lågt partialtryck omvandlas huvudsakligen hydrolysens substrat snabbt och effektivt. En del av substrat kan dock inte med en gång 11

användas till metanbildningen utan måste först metaboliseras, dvs. brytas ner. Det finns då långsamtväxande organismer som bildar CO 2, vätgas och ättiksyra. De har vid metaboliseringen ett lågt energiutbyte och kräver ett lågt partialtryck samt att de är känsliga vid flödes- och belastningsvariationer. (Hallin, 2008) Metanbildningen är den tredje och sista fasen av nedbrytningen. Man kan dela de metan- och de CO 2 bildande mikroorganismerna i två grupper: de bakterier som omvandlar ättiksyran och de som förbrukar vätgasen till metangas och CO 2. Den huvudsakliga metanbilningen sker med hjälp av den första gruppen, de som omvandlar ättiksyran till metangas och CO 2. Processens ph- reglering sker p.g.a. de fettsyror som förbrukas under nedbrytningen. Förbrukningen av vätgasen är viktig för processens vätgaspartialtryck. Om metabildarna av någon orsak inte fungerar kommer det att leda till en anrikning av organiska syror och som inte övergår till det metanbildande stadiet. (Hallin, 2008) 4.2.1 Mesofil eller termofil processtemperatur Under anaeroba förhållanden sker organisk nedbrytning oftast under mesofila eller termofila förhållanden. Temperaturen väljer vilka organismer som optimeras till processen. Vid ökande temperatur sker organismernas och enzymernas reaktion snabbare, vilket medför en ökning av tillväxthastigheten. För mesofila processer bör temperaturen hållas mellan 25-40 C. Termofila förhållanden kräver en temperatur över 45 C. (Hallin, 2008) Vid en mesofil process brukar den optimala temperaturen ligga kring 37 C och vid termofila processer kring 55 C. Då temperaturen överskrider 60-70 C upphör gasproduktionen i reaktorn. Den termofila processen producerar mer gas då nedbrytningshastigheten är högre. Den kan belastas hårdare och substratets uppehållstid (HRT) kan minskas (Svenskt gastekniskt center, 2009). Däremot bidrar den ökade temperaturen till en mer svårkontrollerad process som kräver mer energi för uppvärmningen. (Hallin, 2008) 12

4.2.2 Betydelsefulla faktorer för processen Den anaeroba nedbrytningen är en biologisk process som är känslig för rubbningar och där många parametrar har stor betydelse. En jämn och stabil processkörning bör eftersträvas och mycket noga följa upp viktiga parametrar och avikelser i processen. ph och alkalinitet är två viktiga parametrar som bör hållas inom kontrollerade nivåer. I anaeroba processer har ph sitt optimum mellan 6,0 och 8,5. Olika mikroorganismer har ett lämpligt ph där t.ex. de metanbildande organismerna har ett optimum ph på runt 7 medan de syrabildande organismerna fungerar bäst vid ett ph på ca 6. (Gregeby, 2010) Då organiska syror bildas i processen sjunker ph men då metanbildarna konsumerar syror stabiliseras ph igen. Alkaliniteten anger hur bra processens buffertkapacitet är, dvs. hur stabilt ph förhåller sig gemtemot processens belastning. Om det imatade substratet innehåller mycket organiskt bundet kväve kan ammoniak produceras och medföra en högre alkalinitet. När en minsking av ph inträffar bör man stoppa eller sänka inmatningen av nytt substrat och låta buffertkapaciteten stiga igen. Natriumkarbonat kan användas för att öka buffertkapaciteten. (Hallin, 2008) Genom att mäta upp organiska syror kan man hålla koll på processens tillstånd. Om en ökning av organiska syror uppträder kan det vara en indikation på en processtörning. Samspelet mellan de vätgasproducerande och vätgaskonsumerande organismerna behöver vara i balans för en fungerande nedbrytning. (Hallin, 2008) Flyktiga fettsyror (VFA) bör granskas för indikation av processens tillstånd. Analyser på VFA kan ge en noggrannare bild av syrorna i substratet och förklara nedbrytningen bättre med tanke på att cirka 70 % av metanbildningen sker via ättiksyra. (Gregeby, 2010) Temperaturen bör vara stabil och jämn och mätning bör ske kontinuerligt i reaktorn. För metanproduktionen är den mikrobiska tillväxten och organismernas välmående viktig. Vid temperaturvariationer kan reaktionsförloppen hos organismerna leda till försämrad tillväxt. (Gregeby, 2010) (Hallin, 2008) 13

För att se hur processen fungerar bör även gasflöde och metanhalt mätas kontinuerligt. Genom att jämföra processens gasflöde och metanhalt vid aktuell belastning med teoretiska värden från laboratorier kan man få svar på hur processen fungerar i realtid. (Gregeby, 2010) Genom att ta prover kan man analysera torrsubstans (TS) och glödförlust (VS) i substratet. Torrsubstansen är det som blir kvar av materialet efter torkning, d.v.s. den del av materialet som inte innehåller vatten. Torrsubstansen ger information om substratets nedbrytningsförmåga och potential. Allt organiskt material bryts dock inte helt ner. Genom att jämföra TS (total solids) för substratet före och efter reaktorn får man reda på rötningsprocessen effektivitet. Glödförlusten talar om torrsubstansens innehåll av flyktigt organiskt material. VS (volatile solids) är alltså den del som blir kvar då TS-provet har bränts. (Hallin, 2008) (Gregeby, 2010) Om substratet blandas med olika material bör C/N-kvoten (kvoten mellan kol och kväve) granskas för processtabilitet. Varje anaerob process är unik och C/N-kvoten kan variera. Mikroorganismerna förbrukar kol och kväve i ett förhållande mellan 25-30:1. Vid rötning av svingödsel är en optimal C/N-kvot mellan 10-15:1. Om en hög C/N-kvot uppnås kan man riskera försurning och bildning av fettsyror vid snabb nedbrytning. (Gregeby, 2010) 4.2.3 Våtrötning och torrötning Det finns förhållandevis få biogasanläggningar som använder torrötning medan våtrötning med pumpbart material är den absolut vanligaste metoden. Torrötning kan ske på två sätt, kontinuerlig eller genom satsvis rötning som är vanligast. Satsvis torrötning består av två metoder, enstegsmetoden och tvåstegsmetoden (Mårtensson, 2007). Torrötning kommer inte att presenteras noggrannare som ett alternativ då det bäst lämpar sig för fastare gödsel såsom hästgödsel och energigrödor. Våtrötning med pumpbart substrat med högst 15 % TS är den vanligaste rötningsmetoden. Med våtrötning sker en kontinuerlig inmatning och utmatning av substrat. Processen kräver en välfungerande omrörning av substratet i rötkammaren och med finfördelat substrat. 14

4.3 Biogasen 4.3.1 Biogasens sammansättning Vid anaerobisk rötning uppstår huvudsakligen biogas bestående av metangas (CH 4 ), koldioxid (CO 2 ) och vattenånga. Den gas som produceras beror mycket på vilket substrat som används och hur produktionsprocessen ser ut. Rötning av fett- och proteinrika substrat som i t.ex. fisk medför högre metanhalt i gasen medan kolhydratrika substrat sänker metanhalten. Nyproducerad rågas är mättad med vattenånga vilket kräver kondensatfällor i gasledningen då gasen kyls och dit vatten kan samlas. Vid trycksättning eller temperatursänkning av gasen vid t.ex. transport med gasfläkt kan rågasen börja fälla ut kondens. Det är väldigt viktigt att man tappar ut kondensvatten från gasledningar och gasapparatur då korrosionsrisk lätt kan uppstå. (Svenskt gastekniskt center, 2009) Biogasen kan också innehålla små mängder av svavelföreningar. Svavlet ger biogasen en illaluktande doft som är kännbar. Svavelvätet är den vanligaste svavelföreningen och är både giftigt, frätande och korrosivt (Svenskt gastekniskt center, 2009). För att minska svavelvätet i biogasen med upp till 95 % och speciellt vid kraftvärmeproduktion kan man mata in luft till rötkammaren motvarande 3-5% av biogasproduktionen. (Edström & Nordberg, 2004) Biogasen kan även innehålla små mängder av kväve, syre och väte samt en låg koncentration av aceton och alkoholer som frigörs i processen. Se tabell 4-1 för biogasens sammansättning. (Svenskt gastekniskt center, 2009) Tabell 4-1: Biogasens sammansättning (Svenskt gastekniskt center, 2009) Ämne Vol-% Metan 55-80 Koldioxid 20-45 Kväve 0-1 Syre Spår Väte Spår Svavelföreningar 50-2000 ppm 15

4.3.2 Biogasens egenskaper och hälsorisk Torr biogas och metangas blandar sig lätt med luft och har också lägre densitet än luft vilket gör att den stiger uppåt. Om biogasen innehåller mycket koldioxid tar den med sig metangasen nedåt och separeras först efter ett tag, då metagasen igen stiger uppåt. Biogasens brand- och explosionsrisk bestäms av gasens undre explosionsgräns (LEL) och övre explosionsgräns (UEL, se tabell 2). De två olika gränserna beskriver mellan vilka områden som gas och luft är inblandat och kan orsaka en explosion. Det kan inte ske någon antändning av metanet i gasen under eller över explosionsgränserna, då är blandingen av den brännbara gasen och luften antingen för tunn eller för tjock. Biogasens energiinnehåll varierar med metanhalten i biogasen. Koldioxiden medför ingen energi utan sänker biogasens värmevärde. Biogasen har två värmevärden, det undre och det övre värmevärdet. I det undre värmevärdet beaktar man inte energin i vattenångan och blir således lägre än det övre värmevärdet. Man anger också alltid gasens tillstånd vid normalkubikmeter, Nm 3. Vid normal tillståndet hos gasen är den rådande temperaturen 0 C och vid atmosfärs tryck. Se tabell 4-2. (Svenskt gastekniskt center, 2009) Tabell 4-2: Egenskaper hos biogasen (Svenskt gastekniskt center, 2009). Rågas, 1 m 3 (60 % metan, 40 % koldioxid) Metangas, 1 m 3 (100 % metan) Ämne Övre värmevärde (kwh) 6,64 11,06 Undre värmevärde (kwh) 5,98 9,97 LEL (vol %) 7 4 UEL (vol %) 28 17 De stora beståndsdelarna i biogasen består av metan, koldioxid och vattenånga och de är inte giftiga. Svavelföreningarna är giftiga om höga halter uppnås. Svavelvätet är som tidigare nämnt frätande och kan irritera vid hudkontakt. Höga halter upp emot 800-1000 ppm är dödliga vid bara några få minuters utsättning! En kännbar illaluktande doft av ruttna ägg kännetecknar svavelvätet. Redan vid låga halter (0,025-0,1 ppm) kan doften urskiljas, vid 16

högre halter bedövas luktsinnet och gasen upplevs luktlös. Biogasen tränger också undan syret om det släpps ut i ett instängt utrymme. (Svenskt gastekniskt center, 2009) 4.3.3 Gasutbyte Det rötade materialet som förs in i rötkammaren bryts ner och biogas utvinns ur processen. Hur mycket gas som uppstår vid rötningen beror på en mängd faktorer. Olika substrat har olika gasutbyte, se tabell 4-3. Viss gödsel har mer gaspotential än andra, nötgödseln har lägre gasutbyte än t.ex. svingödseln. Vallgröda och andra energigrödor har mycket mer gaspotential än gödsel. Gödseln har redan genomgått en rötingsprocess i djurens magar och har därmed ett lägre gasutbyte. Tabell 4-3: Olika substrats gasutbyte och energiinnehåll. (Carlsson & Uldal, 2009) Substrat TS VS av TS Metanhalt Nm3 CH4/ton TS Nm3 CH4/ton våt vikt MWh/ton TS MWh/ton våt vikt Djupströ, nöt 30 % 80 % 65 % 200 60 1,96 0,59 Hönsgödsel 42 % 76 % 65 % 190 81 1,86 0,79 Nöt flytgödsel 9 % 80 % 65 % 170 14 1,67 0,14 Svin flytgödsel 8 % 80 % 65 % 213 17 2,08 0,17 Vallgröda 33 % 88 % 56 % 263 88 2,6 0,8 Substratets torrsubstans, nedbrytningshastighet och partikelstorlek är också avgörande faktorer för gasutbytet. Upprätthållande av konstant temperatur och en stabil process säkerställer en bra nedbrytning. Då rötbart material hela tiden förs in i reaktorn och blandas om samtidigt som det förs ut material blir substratets uppehållstid en viktig faktor. Vid rötning av gödsel brukar man dimensionera rötkammaren till mellan 20-30 dygns uppehållstid eftersom gasbildandet börjar avta efter 30 dygn. Se figur 4-2. Uppehållstiden bestäms av rötkammarvolymen dividerat med volymen av det dagligen införda substratet. Ju mer man tillför rötkammaren per dygn desto kortare blir substratets uppehållstid. (Ek, 2007) 17

Uppehållstiden kan beräknas enligt formel: Figur 4-2: Visar hur gasutbyetet och gasbildningstakten ändrar efter tiden. (Ek, 2007) Rötkammarens organiska belastning för rötning av gödsel är vanligtvis ca 3 kg VS/ m 3 och dygn. Belastningen bestäms genom mängden organiskt material (angett i TS eller VS) som förs in i rötkammaren per dygn dividerat med den aktiva rötkammarvolymen. (Ek, 2007) Den organiska belastningen beräknas enligt formeln: Ifall man rötar ett energirikare substrat såsom vall och halm ökas gasutbytet märkvärdigt. Även foderrester och annat energirikt avfall från gården kan tänkas rötas för att öka gasproduktionen. Dessa substrat kräver en fin sönderdelning och omblandning innan de 18

tillförs in i rötkammaren. De långa fibrerna kan linda upp sig och sätta igen pumpar och annan utrustning. 4.4 Anläggningens komponenter Till en gårdsbaserad biogasanläggning försöker man utnyttja gårdens befintliga anläggning och utrustning så långt som möjligt. I figur 4-3 ses en schematisk bild över en gårdsbaserad biogasanläggning som tillämpar våtrötning. Figur 4-3: Gårdsbaserad biogasanläggning (Lantz, 2010). 4.4.1 Blandningsbrunn Från ladugårdens pumpbrunn eller gödselns samlingsplats från ladugården pumpas flytgödseln till en blandningsbrunn. Annat tillgängligt växtmaterial och avfall från gården kan också tillsättas i blandningsbrunnen. Om man inte blandar in extra substrat såsom andra energigrödor eller annat växtavfall från gården kan flytgödseln pumpas direkt från befintlig pumpbrunn i ladugården till rötkammaren. Frånskiljning av skadliga föremål är viktigt för att inte skada anläggningens komponenter. Det är viktigt att man har en finfördelad homogen blandning som gör substratet bättre pumpbart och mer lättnerbrytbart i rötkammaren. För att 19

få en jämn och fin tillströmning av substratet till rötkammaren fungerar även blandningsbrunnen som en utjämnings och förlagringstank. (Svenskt gastekniskt center, 2009) 4.4.2 Rötkammare I rötkammaren sker den anaeroba nedbrytningen av substratet under kontinuerlig omrörning med omrörare. Tillförsel och bortförsel av substrat respektive rötrest sker kontinuerligt. För gårdsanläggningar sker omrörningen vanligast och enklast med en elmotor som driver en axel med propellerar som går genom sidan på rötkammaren, se figur 4-4. Figur 4-4: Mekanisk propelleromrörning i rötkammaren (Svenskt gastekniskt center, 2009). Dessa rötkammare är breda och låga. De har ofta ett dubbelmembran till tak där det inre flexibla membranet fungerar som gaslager. Om man har ett fast tak behöver man ett skilt gaslager. De förhållanden som råder inuti rötkammaren sätter kravet på vilket material som kan användas, vanligtvis görs rötkammaren av betong eller stål. Stålet kan vara rostfritt, syrafast, emaljerat eller svart. I toppen av rötkammaren, gränsen mellan gas och vätska och dit gasen stiger måste materialet tåla betydligt mera. Materialet bör vara av rostfritt eller syrafast stål. Om man har en betongkonstruktion bör den skyddas på lämpligt sätt, t.ex. med en epoxybehandling eller en tätningsduk. Skruvar, bultar och tätningar bör också vara av bra kvalitet för att förhindra läckage. (Svenskt gastekniskt center, 2009) 20

För att kunna upprätthålla en stabil och jämn process bör temperaturen hållas så konstant som möjligt. Uppvärmingen av rötkammaren kan ske på olika sätt, beroende på typ och på substratets förbehandling. Värmeslingor monteras vanligen på rötkammarens insida om den är gjord av betong. Om rötkammaren är av stål monteras värmeslingorna på utsidan, innanför isoleringen (P.g.a. sedimentering i rötkammarens botten brukar man inte installera värmeslingor där). Värmeslingorna kan vara av samma typ som används för t.ex. vattenburen golvvärme. Isoleringen av rötkammaren förhindrar värmeförluster, för en mesofil process brukar isoleringens tjocklek vara runt 20 cm. Rötkammarens botten bör också isoleras, cellplast eller något med liknande bärkraft för att bära rötkammaren skall användas. (Svenskt gastekniskt center, 2009) 4.4.3 Rötresten Rötresten eller biogödseln tas ut ur rötkammaren genom ett så kallat bräddavlopp. För att undvika att rötkammaren får kontakt med luft skall mynningen vara en bra bit under ytan. På det här sättet tillåts en viss nivåvariation inne i rötkammaren och störningar kan undvikas. Det är viktigt att inget stockar sig i bräddavloppet och som kan leda till övertryck i rötkammaren. Olika metoder finns för att förhindra igensättning, t.ex. med en sönderdelnings skruv som startas i samband när nytt substrat tillförs in i rötkammaren. (Svenskt gastekniskt center, 2009) Rötresten kan innehålla en viss gaspotential ännu efter rötkammaren beroende på hur lång uppehållstid, belastning och substrat. Man kan således ta tillvara gas ur rötresten genom efterrötning i en efterrötningstank. Efterrötningstanken är oisolerad och gasproduktionen avtar efterhand då rötresten svalnar. Man strävar efter att inte ha några metangasutsläpp i den sista förvaringsbehållaren i vilken all rötrest slutligen hamnar. Om man inte tar tillvara den kvarvarande gasen i rötresten genom efterrötning kan man utnyttja värmeenergin i rötresten och värma inkommande substrat. Vid anläggningar där substratet består huvudsakligen av vallgröda ökade gasproduktionen med 22 % med efterrötning under 10 dagar. (Edström, Jansson, Lantz, Johansson, Nordberg, & Nordberg, 2008) 21

Rötrestlagret eller där den slutgiltiga förvaringen för rötresten kan på en gårdsanläggning vara den urspungliga gödselbehållaren. Den är dimensionerad för den mängd gödsel som måste kunna lagras under de månaderna det inte går att sprida gödsel på åkrarna. Problemet med en öppen behållare är att tillräckligt tjockt svämtäcke skall kunna bildas på ytan. Svämtäcket förhindrar både metanutsläpp, lukt, ammoniakavgång och att rötresten blir utspädd med regnvatten. Om rötresten fortfarande är varm eller om TS halten är låg i förvaringsbehållaren kan bildandet av svämtäcke försvåras, och för att undvika problemen kan man då behöva täcka behållaren (Svenskt gastekniskt center, 2009). 4.4.4 Gasanvändning Biogasen som produceras måste på något vis avsättas för att uppnå ekonomisk vinst på gården. Enklaset metoden är att sälja gasen till en närliggande industri som avsätter gasen. Problemet är att det inte finns så många tänkbara industrier i närheten av de flesta gårdar. Gasen som produceras brukar i normala fall mycket väl täcka den egna gårdens energiförsörjning i form av uppvärmning. Vid värmeproduktion av biogas med t.ex. en gaseldad värmepanna erhålls de billigaste investeringskostnaderna samt en enkel och beprövad teknik. Verkningsgraden är ca 90 % vid värmeproduktion i en gaseldad panna. En bättre förbränning och lägre rökgastemperatur höjer verkningsgraden för gaseldade pannor jämfört med oljeeldade pannor. En biogasanläggning producerar en relativt jämn gasproduktion över hela året medan gårdens värmeanvändning varierar mellan årstiderna. Om man inte kan avsätta biogasen i form av värmeproduktion på den egna gården kan ett alternativ vara att avsätta gasen genom värmeproduktion till ett lokalt fjärrvärmenät. (Edström & Nordberg, 2004) Elproduktion med biogas kan vara ett lämpligare alternativ då man kan förse den egna gården med el och eventuellt sälja överskottet till det lokala elnätet. Investeringskostnaden är dock hög liksom underhåll och service av motorerna. (Edström & Nordberg, 2004) 22

Uppgradering av biogasen till fordonsgas sker främst på större biogasanläggningar. I nuläget finns det inte underlag för små uppgraderingsanläggningar och volymmässigt producerar en gårdsanläggning för lite biogas för att uppnå lönsamhet. Ett alternativ är att flera gårdsanläggningar tillsammans förser en uppgraderingsanläggning. Problemet är att det inte finns fordonsgas på Åland och därmed inte logistik och distribuering av fordonsgas. Dessutom behöver de biogasanläggningar som producerar biogas helst befinna sig nära uppgraderingsanläggningen. (Lantz, Mikael; Björnsson, Lovisa, 2011) Ifall det uppstår tekniska problem med utrustingen måste det finnas en ett säkerhetssystem som eldar upp gasen med hjälp av t.ex. nödfackling. 23

5 DE ÅLÄNDSKA GÅRDARNA För att kunna få en bild av de åländska gårdarna och deras djurbesättning har jag valt att kartlägga dem och sedan utgått från områdesspecifika förutsättningar för biogasproduktion. För att praktiskt göra beräkningarna och sammanställa materialet har de gårdar med dikor, nötdjur och får som bedriver lös djurhållning på öppna marker valts bort, då det inte är tänkbart med biogasproduktion där. 5.1 Gårdarnas förutsättningar Den genomsnittliga åländska mjölkgården har mellan 35-40 kor. Undantagsvis finns det en stor mjölkgård med 300 kor. De senaste åren har det tillkommit nya moderna ladugårdar samt att några stora mjölkgårdar håller på att färdigställas. En modern ladugård har mellan 70-150 mjölkkor. Tendensen är att små mindre effektiva mjölkgårdar lägger ner verksamheten och stora moderna och effektiva mjölkgårdar blir allt fler. Gårdar med köttuppfödning har mellan 120-150 tjurar. Nya och moderna köttuppfödnings gårdar byggs också. De åländska gårdarnas förutsättningar för biogasproduktion beror mycket på hur biogasen skall användas och hur biogödseln kan tas tillvara och säljas. Vid kraftvärmeproduktion fördelas energiinhållet schablonmässigt mellan ca 1/3 el och 2/3 värme. Vid värmeproduktion med en biogaseldad panna blir största delen av biogasens energiinnehåll värme. Kan man klassa biogödseln som ekologiskt gödsel finns en viss marknad och efterfrågan till försäljning av biogödsel vilket förbättrar den ekonomiska kalkylen. Energianvändningen i form av värme är på gårdarna låg, ladugården är i regel oftast ouppvärmd då djuren värmer sig själva. Kringbyggnader såsom maskinhallar, verkstäder och lider är också vanligtvis ouppvärmda. Bostadshuset är det enda som behöver värme och där man kan tänka sig att kunna avsätta en del värmeenergi från värmeproduktionen. Om bostadshuset har ved eller motsvarande biobränslebaserad uppvärmning vilket de ofta har kan det vara svårt att se någon nytta i att byta ut ett biobränsle mot ett annat, i detta fall biogas. Endast om man använder fossila bränslen som brännolja kan en ekonomisk och miljömässig nytta finnas för biogasbaserad energierersättning. 24

Om gården ligger väldigt centralt och nära en by eller ett samhälle finns andra möjligheter att avsätta energin på, t.ex. fjärrvärme för flera närliggande bostadshus, kommunala byggnader eller närliggande industrier med värmebehov. Om flera gårdar ligger nära varandra och värmebehov finns i närheten kan man samröta flera gårdars gödsel och öka biogasproduktionen och därmed få investeringskostnaden att sjunka per producerad m 3 biogas. 5.2 Råmaterialet På gårdarna producerar djuren gödsel i olika form. På de allra flesta åländska mjölkgårdar produceras flytgödsel och lite fastgödsel. Gårdens beräknade gödselmängd bestäms av antalet kor och gödseltyp. För gödsel har antagits att det i genomsnitt produceras under 10 månader av året. Under 2 månader på sommaren går djuren ute på grönbete och ingen gödsel kan samlas upp. Gödseltypen har antagits vara flytgödsel för kor och fastgödsel för rekryteringen, undantagsvis de gårdar där vi vet att rätt gödseltyp finns. Man kan grovt uppskatta den totala djurmängden på gården genom att dubblera korna. Per ko finns en rekrytering (kalv eller kviga), alltså blir totala djurmängden 80 djur om gården har 40 kor. I mina beräkningar har jag antagit att på 2 kor finns det 1 kalv och 1 kviga. (Rosberg, 2012) Gödselmängderna har jag antagit efter riktvärden från jordbruksverk samt diskussion med Kaj Rosberg. Se tabell 5-1. Tabell 5-1: Antagna gödselmängder för nötkreatur per år. (Strandmark, 2011) (Rosberg, 2012) Nötdjur: Flyt (m 3 /år) Fast (m 3 /år) Kor 25 14 Kalvar < 1 år 6 3,5 Kvigor > 1år 10 6 Tjurar > 1 år 10 6 Gödselns torrsubstans (TS) är antaget för nötdjurens gödsel flytgödsel till 9 %. För fastgödsel 20 %. I flytgödsel från kor ingår disk- samt sköljvatten som behövs vid mjölkningen. Det regnvatten som samlas i lagringsbehållaren för flytgödsel ingår också i beräkningarna. 25

Den totala mängden gödsel som produceras av de 34 gårdar som finns med i studien ses i tabell 5-2. Tabell 5-2: Den totala mängden gödsel som produceras per år. Gödsel Nötflytgödsel Fastgödsel Mängd, m3 41 679 6 404 5.3 Biogaspotential från gårdarna I tabell 5-3 presenteras den teoretiska biogaspotentialen som finns om man räknar samman all gödsel som produceras per år på gårdarna. Energiinnehållet i fastgödsel för nötdjur kan antas vara samma som i djupströgödsel, eftersom fastgödseln kan innehålla lite halm och annat växtmaterial. Tabell 5-3: Den totala teoretiska energipotentialen bland de gårdar som är med i kartläggingen. Gödsel Nötflytgödsel Fastgödsel Mängd, m3 41679 6479 Volymvikt, ton/m3 1 0,75 Vikt, ton 41679 4803 Nm3 CH4/ton våtvikt 14 60 MWh/ton våtvikt 0,14 0,59 GWh totalt 5,83 2,87 Energimängden är alltså den teoretiska mängden som fås ur gödsel, i verkligheten sjunker sedan energimängden vid själva biogasproduktionen och förädlingen vid t.ex. rötningen, elproduktion m.m. Schablonmässigt med 1/3 elverkningsgrad vid elproduktion skulle det då produceras 2,6 GWh elenergi från den åländska biogaspotentialen från de åländska gårdarna. På Åland producerades totalt 63,4 GWh elenergi med förnyelsebar energi i form av biobränslen och vindkraft. Totalt förbrukades 296,4 GWh elenergi på Åland år 2012. (Kraftnät Åland, 2013) 26

5.4 Kartläggning av de åländska gårdarna kommunvis På fasta Åland finns det idag runt 34 tänkbara gårdar för biogasproduktion. Gårdarna har mjölkkor, gödtjurar eller värphöns. Några mjölkgårdar håller på att utvecklas och färdigställas vilket har tagits med i beräkningarna. Antalet mjölkgårdar är dominerande med 28 st. gårdar. Gårdar med köttproduktion är 4 och antalet hönsgårdar är 2. Alla gårdar är utspridda i de åländska kommunerna på fasta Åland förutom Eckerö, Mariehamn och Lemland. I Hammarland finns bara en mjölkgård, dock i den storleksordingen som anses intressant för biogasproduktion. För att på ett enkelt sätt kunna visa var gårdarna befinner sig samt att snabbt visa vad biogaspotentialen är för gårdsbaserade biogasanläggningar har jag valt att kartlägga gårdarna, se bilaga 1, samt att sammanställa biogaspotentialen kommunvis. 5.4.1 Geta I Geta finns det 5 mjölkgårdar och 1 köttdjursproducent som har potential för biogasproduktion, se tabell 5-4. Tabell 5-4: Den teoretiska energipotentialen för biogasproduktion i Geta. Plats Gårdstyp Antal kor Djur totalt Fastgödsel m3 Flytgödsel m3 Fastgödsel MWh Flytgödsel MWh Östergeta Mjölk 21,6 43,2 86 450 38 63 Gräggnäs Mjölk 36,1 72,2 143 752 63 105 Gräggnäs Mjölk 19 38 75 396 33 55 Pansarnäs Mjölk 36,6 73,2 145 763 64 107 Geta Mjölk 43,6 87,2 173 908 76 127 Bolstaholm Kött 60 120 238 1250 105 175 MWh totalt: 380 633 27

Gårdarna i Geta ligger rätt samlade kring södra Geta, där 4 av gårdarna ryms inom en cirkel med en radie på ca 1,5 km. Man kan konstatera att avstånden mellan gårdarna i Geta är liten, vilket skulle gynna en biogasanläggning med samröting av flera gårdars gödsel. 5.4.2 Saltvik I Saltvik finns det för tillfället 3 mjölkgårdar som är i produktion. Just nu håller man på att färdigställer en ny ladugård för mjölkproduktion. Inom några år kommer även en till ladugård för mjölkproduktion att stå klar (Rosberg, 2012). Två gårdar med äggproduktion finns också i Saltvik. De stora och moderna ladugårdarna har bättre förutsättningar för en bra lönsamhet då man redan i byggnadsskedet kan planera in en möjlig biogasproduktion. Teoretiska energipotentialen för Saltvik ses i tabell 5-5. Tabell 5-5: Den teoretiska energipotentialen för biogasproduktion i Saltvik. Plats Gårds typ Antal kor Djur totalt Fastgödsel m3 Flytgödsel m3 Fastgödsel MWh Flytgödsel MWh Främmanby Mjölk 58,7 117,4 0 1614 0 226 Kvarnbo Mjölk 70 140 200 2450 89 245 Kuggvik Höns 0 4000 75 0 33 0 Kvarnbo Höns 0 22000 450 0 199 0 Haga Mjölk 120 240 570 3000 252 420 Haga Mjölk 160 160 0 4000 0 560 Tengsöda Mjölk 46,6 93,2 184 971 82 136 MWh totalt: 655 1587 Samrötning är möjlig också i Saltvik, både mjölkgården och hönsgården i Kvarnbo finns med i en noggrannare utredning för biogasproduktion med samrötning, Se Case 1 i exempelgårdarna. 28

5.4.3 Sund Sund har i nuläget Ålands största mjölkgård och där produceras det stora mängder gödsel varje år. Den gården har i det här arbetet noggrannare studerats kring förutsättningarna inom biogasproduktion, Case 2 i exempelgårdarna. Det finns också 4 andra mjölkgårdar i Sund, 3 gårdar som ligger ganska nära varandra i norra Sund samt en gård i södra Sund, Tranvik. Biogaspotentialen i Sund ses i tabell 5-6. Tabell 5-6: Den teoretiska energipotentialen för biogasproduktion i Sund. Plats Gårds typ Antal kor Djur totalt Fastgödsel m3 Flytgödsel m3 Fastgödsel MWh Flytgödsel MWh Östergård Mjölk 300 300 300 7500 133 1050 Sibby Mjölk 29,3 58,6 116 610 51 85 Mångstekta Mjölk 30,2 60,4 120 629 53 88 Strömbolstad Mjölk 40,7 81,4 161 848 71 119 Tranvik Mjölk 28,1 56,2 111 585 49 82 MWh totalt: 357 1424 5.4.4 Finström Finström har 2 gårdar för mjölkproduktion. Det finns även en gård som inriktat sig på uppfödning av kvigor. I tabell 5-7 ses Finströms energipotential. Tabell 5-7: Den teoretiska energipotentialen för biogasproduktion i Finström. Plats Gårdstyp Antal kor Djur totalt Fastgödsel m3 Flytgödsel m3 Fastgödsel MWh Flytgödsel MWh Pettböle Mjölk 23,2 46,4 92 483 41 68 Godby Mjölk 66,6 133,2 264 1388 117 194 Mangelbo Kvigor 0 300 1188 0 525 0 MWh totalt: 683 262 29

5.4.5 Jomala I Jomala finns det 8 st. mjölkgårdar i varierande storlek, se tabell 5-8. De flesta är rätt utspridda i kommunen vilket inte ger fördelar för samrötning i en biogasanläggning då transporterna av gödsel blir långa. Däremot har gårdarna i Jomala by, Ytterby och Överby bättre förutsättningar för samrötning då de befinner sig rätt nära varandra. Tabell 5-8: Den teoretiska energipotentialen för biogasproduktion i Jomala. Plats Gårdst yp Antal kor Djur totalt Fastgödsel m3 Flytgödsel m3 Fastgödsel MWh Flytgödsel MWh Ulfsby Mjölk 56,6 113,2 224 1179 99 165 Önningeby Mjölk 36,8 73,6 146 767 64 107 Ytterby Mjölk 10,5 21 42 219 18 31 Jomala by Mjölk 39,2 78,4 0 1078 0 151 Jomala by Mjölk 42 84 0 1155 0 162 Vestansunda Mjölk 28,4 56,8 112 592 50 83 Björsby Mjölk 18,6 37,2 74 388 33 54 Ytterby Mjölk 25 50 99 521 44 73 Överby Kött 80 175 0 2325 0 326 MWh totalt: 308 1151 5.4.6 Hammarland I Hammarland finns en tänkbar mjölkgård för biogasproduktion. Biogaspotentialen ses i tabell 5-9. Tabell 5-9: Den teoretiska energipotentialen för biogasproduktion i Hammarland. Plats Gårdstyp Antal kor Djur totalt Fastgödsel m3 Flytgödsel m3 Fastgödsel MWh Flytgödsel MWh Boda Mjölk 68,3 136,6 270 1423 120 199 MWh totalt: 120 199 30

5.4.7 Lumparland I Lumparland är gårdarna inom ett kort avstånd ifrån varandra, 3 köttdjurproducenter och 2 mjölkproducenter, se tabell 5-10. För tillfället håller en av köttproducenterna på att bygga ut för en större ladugård. Det korta avståndet skulle gynna en gemensam anläggning för biogasproduktion. Tabell 5-10: Den teoretiska energipotentialen för biogasproduktion i Lumparland. Plats Gårds typ Antal kor Djur totalt Fastgödsel m3 Flytgödsel m3 Fastgödsel MWh Flytgödsel MWh Lumparby Mjölk 58,8 117,6 233 1225 103 172 Norrboda Mjölk 29,3 58,6 116 610 51 85 Lumparby Kött 0 150 0 1200 0 168 Klemetsby Kött 0 100 475 0 210 0 Lumparby Kött 0 200 0 1100 0 154 MWh totalt: 365 579 31

6 KRAFTVÄRMEPRODUKTION För att kunna omvandla gasens energiinnehåll till önskad energiform måste man investera i någon form av teknisk utrustning som förbrukar biogasen. För gårdsanläggningar är det vanligast att man avsätter den producerade biogasen i en CHP (Combined Heat and Power eller kraftvärme) anläggning. En CHP anläggning producerar el- och värmeenergi. Totalverkningsgraden vid kraftvärmeproduktion ligger kring 70-85 % beroende på vilken motortyp man använder sig av. Elen kan produceras med en kolvmotor som arbetar enligt Otto- eller diesel principen. Vid användning av en dieselmotor räcker inte temperaturen till för att antända gas och luft blandingen utan en liten mängd diesel tillförs vid antändningsögonblicket för att antända gas- och luftblandingen. Värmen tas tillvara från kylning av motorns avgaser och kylvatten. (Lantz, 2010) Även mikrogasturbiner finns i kraftvärme utförande (CHP) men är ännu inte så vanliga p.g.a. att priset för en mikrogasturbin är relativt mycket högre än priset för en kolvmotor. Däremot är livslängden högre för en gasturbin, även underhållskostnaderna är lägre p.g.a. färre rörliga delar i gasturbinen jämfört med kolvmotorn. Värmen tas tillvara från avgaserna. 6.1 Gasmotor och dieselmotor En gasmotor bygger på Ottoprincipen, d.v.s. gas och luft sugs in i cylindern och ett tändstift antänder den brännbara gasblandningen. Verkningsgraden för elproduktion med en gasmotor varierar mellan 30-40%. Dieselmotorn har en något högre verkningsgrad än gasmotorn men skillnader finns mellan motorer och anläggningar, se graf 6-1. Verkningsgraden höjs något för motorer med högre effekt, likaså är verkningsgraden lägre för motorer med mindre effekt. För värmeproduktion är verkningsgraden mellan 35-55%. Värmeenergin tas tillvara från motorns oljekylning, motorkylning och avgaser. (Lantz, 2010) Under en längre tid sjunker elverkningsgraden något p.g.a. motorn inte alltid kan köras på full belastning, dock skall man sträva efter att köra motorn så optimalt som möjligt. Då man dimensionerar anläggningen kan man optimera den på olika sätt. För att undvika onödig bortfackling vid överproduktion av biogas kan man installera en större gasmotor som körs på full belastning en längre tid och som sedan stängs av då gasproduktionen blir för låg. Sedan 32