JORDBRUK OCH LIVSMEDEL Småskalig fordonsgasproduktion (Biogas2020) Henrik Olsson 2017-06-08 Samsø Energiakademi - Biogas som en dynamo i cirkulær økonomi Research Institutes of Sweden Biovetenskap och material
Svenskt perspektiv VARFÖR SMÅSKALIG UPPGRADERING?
Fordonsgasmarknaden har utvecklats snabbt 180.000 160.000 140.000 Fordonsgas (1 000 Nm3/år) 120.000 100.000 80.000 60.000 40.000 Bussar m.fl. (biogas) Publika tankställen m.fl. (biogas) Bussar m.fl. (naturags) Publika tankställen m.fl. (naturgas) 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/
Biogasproduktionen går mot Uppgradering 2000 1800 Total biogasproduktion i Sverige (GWh/år) 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 Saknad data Fackling Industriell anv. El Värme Uppgradering 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
Uppgraderingskostnad biogas - Finns behov av enklare teknik för småskalig uppgradering 0,7 Small scale Variable and capital cost (SEK/kWh) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Trend line according to Urban et al 2008 and Blom et al 2012 0 100 200 300 400 500 Raw biogas flow (Nm 3 /h) Middle-large scale
Processintern metananrikning och askfilter RISE FORSKNING SMÅSKALIG UPPGRADERING 8
Småskalig uppgradering vid Sötåsens Naturbruksskola 70-85 % CH4 >97 % CH4
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 Digester CO 2 -poor digester content 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
Askfilter o Träaska för att fixera CO2 och H2S o >99 % CH4, <1 ppm H2S o Dubbel nytta: Rening av biogas och stabilisering av aska. Askan kan spridas i skogen efter reningssteget 100 o 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 CO 2 and CH 4 (vol %); H 2 S (ppm) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 CH4 H2S CO2 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Time (h)
Mål Biogas2020 260 m 3 rötkammare Demonstrera ett fungerande system för uppgradering av biogas till två gaskvalitéer vid Sötåsens biogasanläggning 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
Möjligheter och utmaningar AFFÄRSMÖJLIGHETER 13
Ingående metanhalt påverkar askfilterkapaciteten 350 Askfilterkapacitet (Nm3 CH4/ton aska) 300 250 200 150 100 50 Baserat på ett koldioxidupptag på 100-150 g CO2/kg aska 0 50 55 60 65 70 75 80 85 Metanhalt i biogasen (%)
Askbehov GWh/år 0,25 0,5 1 3 Mjölkkor* 60 120 240 720 Bilar** 13-28 25-56 50-112 150-336 Askbehov*** (ton/år) 200-400 500-800 1000-1600 3260-4800 * Endast en höftning. Ofta tillsätt energitätare substrat vilket att mer gas produceras vid samma anläggning. ** Antaget att bilarna drar mellan 5-10 kwh/mil och går ca 1 800-2 000 mil/år *** Beräknat för rågas med ca 60 % metan
Uppgradering med aska från trädbränslen cirkulärt perspektiv
Affärsmöjligheter och utmaningar Mikroskala i kombination med el- och värmeproduktion Leasing eller andra modeller Kundrelationen Askhantering Marknadsföring Framtiden: Självkörande bilar, IoT 17
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?
TACK! Research Institutes of Sweden Jordbruk och livsmedel
Jordbruk och livsmedel 1 oktober 2016: SP Food and Bioscience och JTI Institutet för jordbruks- och miljöteknik går samman i en gemensam enhet: Jordbruk och livsmedel 1 januari 2017: vi blir en del av RISE (Research Institutes of Sweden) 130 medarbetare Göteborg, Uppsala, Lund, Skara, Umeå Enhetschef: Leif Lundin
Biogas at RISE Agrifood and Bioscience 1973 Global energy crises => Biogas research started at JTI 1970-1980s => Digestion of manure 1980-1990s => Slaughterhouse waste 1990-2000s => Food waste: households & restaurants 1990-2000s => Energy crops 2000s => Alternative waste water treatment at sewage plants 2010:s => Digestion of manure, small scale technologies for upgrading biogas for vehicle fuel + applied research with mobile pilot plant 2017: JTI Swedish Institute of Agricultural and Environmental Engineering became an part of RISE Agrifood and Bioscience More than 20 people work with biogas research and development at RISE Agrifood and Bioscience 21
RISE Agrifood and Bioscience Biogas Production Competences Biogas research and development since 1973 20 staff members focusing on biogas projects We offer our full range of biogas services in Europe, North America, South America and Asia We work in all areas of biogas production Substrate management Pre-treatment Process biology Process technology Biogas upgrading Digestate management
Fakta om RISE 2 200 anställda (30 % har doktorerat) Omsättning 2015: drygt 3 miljarder kronor, (55 % från industrin) SME-kunder står för cirka 30 % av omsättningen 100-tals testbäddar och demonstrationsanläggningar tillgängliga för industrin, SME-företag, universitet och andra institut (RISE äger/är delägare i 60 % av alla svenska test- och demoanläggningar)