Demonstration af anlæg til separering af svinegylle på Mors 15. december 2010

Transkript

1 Demonstration af anlæg til separering af svinegylle på Mors 15. december 2010

2 Demonstration af anlæg til separering af svinegylle på Mors 15. december 2010 Af Anne Mette Graumann, Martin N. Hansen og Thorkild Q. Frandsen, AgroTech Juni 2011

3 INDHOLD Forord... 3 Sammendrag Baggrund og formål De deltagende gyllesepareringsanlæg Gennemførelse af demonstrationen Resultater - separationseffektivitet Brændværdi af fiberfraktioner Metanpotentiale af fiberfraktioner Litteratur Annex A - Analyseresultater Annex B Kapacitet af anlæggene under demonstrationen Side 2 af 24

4 FORORD Denne rapport præsenterer resultater fra demonstrationen af gyllesepareringsanlæg på Mors den 15. december Demonstrationen var planlagt og gennemført af AgroTech A/S i samarbejde med anlægsleverandørerne og DLBR Specialrådgivning om Biogas og Gylleseparering. Demonstrationen var støttet af Ministeriet for Videnskab, Teknologi og Udvikling. Demonstrationen blev gennemført hos svineproducent Jørgen Mark, Gl. Møllevej 19, 7970 Redsted. En stor tak skal lyde til Jørgen Mark, som stillede ejendom, gylle og traktor til rådighed for demonstrationen og venligt hjalp med den praktiske gennemførsel. Ligeledes takkes Torben Ravn Pedersen fra Landbo Limfjord og DLBR Specialrådgivning om Gylleseparering og Biogas for al hjælp i forbindelse med planlægning og gennemførsel af demonstrationen. Slutteligt skal der også lyde en tak til anlægsleverandørerne for deres interesse og for samarbejdet i forbindelse med planlægning af afvikling af dagen. Side 3 af 24

5 SAMMENDRAG Demonstrationen blev gennemført med gylle fra samme gyllebeholder for at kunne sammenligne separeringsanlæggene under samme betingelser. Der var tale om svinegylle med en gennemsnitlig alder på ca. 3 måneder og et tørstofindhold på ca. 2 %, hvilket er relativt lavt. En sådan gylle giver et vanskeligt udgangspunkt for en effektiv separering, men betingelserne var ens for de deltagende anlæg. Resultaterne fra demonstrationen viser stor variation i separationseffektiviteten mellem de forskellige anlæg. De 8 forskellige forsøgsopstillinger kan inddeles i tre grupper ud fra den opnåede effektivitet. Anlæg med tilsætning, båndfilter og skruepresse Demonstrationens bedste effektivitet blev opnået med AL-2s båndfilteranlæg, som svarer til det anlæg, Kemira Miljø tidligere har solgt. Ved brug af dette anlæg blev 25 % af rågyllens kvælstof og 67 % af rågyllens fosfor genfundet i fiberfraktionen. Fiberfraktionen havde et tørstofindhold på 25 %, og vægten af fiberfraktionen udgjorde 7 % af rågyllens vægt. Dekantercentrifuger Demonstrationen omfattede fire prøvekørsler med GEA Westfalia dekantercentrifuger, hvoraf to blev gennemført uden brug af og to blev gennemført med tilsætning. Resultaterne viste, at fiberfraktionen for alle fire prøvekørsler indeholdt % af rågyllens kvælstof og % af rågyllens fosfor. Effekten af tilsætning var lille, og det skyldes sandsynligvis, at der blev anvendt en meget lav dosering. Fiberfraktionen havde et tørstofhold på %, og vægten af fiberfraktionen udgjorde 4-5 % af rågyllens vægt. Skruepresser De skruepresser, der blev demonstreret fungerer uden brug af eller andre tilsætningsstoffer. Resultaterne viste, at fiberfraktionen indeholdt 4-6 % af rågyllens kvælstof og % af rågyllens fosfor. Hvis målet er en høj separationseffektivitet mht. kvælstof og fosfor, så er skruepresser ikke ret velegnede, når der er tale om meget tynd gylle. Fiberfraktionen fra disse anlæg havde et tørstofindhold på %, og vægten af fiberfraktionen udgjorde 2-3 % af rågyllens vægt. Brændværdi af fiberfraktioner Brændværdien af fiberfraktionerne varierede mellem 15,0 og 18,5 MJ/kg tørstof, og i gennemsnit lå den på 16,6 MJ/kg tørret prøve. I praksis er brændværdien langt lavere, bl.a. pga. tab af energi til fordampning af fiberens vandindhold. I gennemsnit blev der målt et potentielt energiindhold i de våde prøver på 2,5 MJ/kg fiber (våd prøve). Side 4 af 24

6 1. BAGGRUND OG FORMÅL I Danmark produceres der årligt mere end 30 mio. tons husdyrgødning, hvoraf hovedparten håndteres som gylle. I dag separeres ca. 5 % af den producerede gyllemængde, men der er forventning om, at denne andel vil stige i fremtiden. Ved separeringen opdeles gyllen normalt i en eller flere væskefraktioner, der indeholder hovedparten af gyllens indhold af plantetilgængeligt kvælstof og kalium, og en tørstoffraktion (fiberfraktion), der indeholder en stor del af gyllens tørstof, fosfor og organiske kvælstof. Separering af gylle kan være et relevant redskab til omfordeling af kvælstof og fosfor fra områder med overskud til områder med behov for disse næringsstoffer. Desuden kan gylleseparering fremme produktionen af energi baseret på gylle ved brug af fiberfraktionen i biogasanlæg eller ved forbrænding af fiberfraktionen. Der er de sidste 10 år udviklet en række forskellige anlæg til separering af gylle, og pr er der godt 50 anlæg i drift på husdyrbrug og biogasanlæg i Danmark. Der er stor variation i anlæggenes opbygning og funktion, og der er ligeledes stor variation i, hvor effektive anlæggene kan separere gylle. Formålet med demonstrationen af gyllesepareringsanlæg på Mors var: At samle nogle af de mest udbredte anlægstyper på markedet og vise dem i funktion over for potentielle købere og andre med interesse i gylleseparering. At vurdere separationseffektiviteten af de forskellige anlæg ved at gennemføre nogle kontrollerede testkørsler i løbet af dagen. At bestemme brændværdi og biogaspotentialer af fiberfraktionen fra de forskellige anlæg. Denne rapport præsenterer resultaterne vedrørende separationseffektiviteten og brændværdi af fiberfraktionerne. Det understreges, at der ikke var tale om en egentlig test, idet anlæggene i så fald skulle have kørt over længere tid, og flere prøver skulle udtages til analyse. Resultaterne fra biogasudbyttebestemmelsen følger i løbet af sommeren Det lå uden for demonstrationen at lave en vurdering og sammenligning af omkostningerne ved separering med de forskellige anlæg. Der var omtrent 150 besøgende under demonstrationen. De besøgende var en blanding af husdyrproducenter, teknologiudviklere og -leverandører, landbrugsrådgivere, ejere og driftsledere fra biogasanlæg og andre interesserede. Side 5 af 24

7 2. DE DELTAGENDE GYLLESEPARERINGSANLÆG Demonstrationen omfattede gyllesepareringsanlæg fra fire forskellige leverandører: AL-2 Agro A/S GEA Westfalia Separator DK A/S Brørup Traktor- og Maskincenter Staring Maskinfabrik A/S AL-2 Agro demonstrerede to typer anlæg, hvoraf det ene var en skruepresse, som fungerer rent mekanisk uden brug af tilsætningsmidler. Det andet anlæg fra AL-2 Agro var et båndfilteranlæg, hvor der blev anvendt til at fremme separationen. Figur 1. Skruepressen demonstreret af AL-2 Agro er udviklet af SB Engineering og forhandles i dag også af Agrometer. Foto: Peter Hansen. Figur 2. Båndfilteranlægget demonstreret af AL-2 Agro svarer til det anlæg, som tidligere blev solgt af Kemira Miljø. Foto: Peter Hansen. Side 6 af 24

8 Videncentret for Landbrug har tidligere gennemført en FarmTest af et separationsanlæg svarende til det anlæg, der blev demonstreret af AL-2 Agro. Se Pedersen (2005). Figur 3. GEA Westfalia Separators dekantercentrifuge model GEAP 25. Foto: Peter Hansen. GEA Westfalia demonstrerede to modeller af dekantercentrifuger, og hver af disse blev prøvekørt både med og uden tilsætning af under separationsprocessen. GEA Westfalia anbefaler generelt at separere gyllen uden brug af, idet det er muligt at opnå høj separationseffektivitet for både næringsstoffer og tørstof. I specielle tilfælde kan der være behov for meget høj separation af næringsstof og/eller tørstof. Her kan en tilpasset dosering være aktuel. Ifølge anlægsleverandøren er elforbruget til drift af GEAP 25 inkl. dekanter, pumper, snegle og lys 1,5 kwh pr. m 3 separeret rågylle. En serviceaftale for GEAP 25 til separering af svinegylle koster 2 kr./m 3, alt inklusiv. Videncentret for Landbrug har tidligere gennemført en FarmTest af en dekantercentrifuge fra GEA Westfalia til separering af svinegylle uden brug af (Frandsen, 2009). Figur 4. GEA Westfalia Separators dekantercentrifuge model GEAP 100. Foto: Peter Hansen. Side 7 af 24

9 Figur 5. FAN-skruepressen demonstreret af Brørup Traktor og Maskinhandel. Foto: Peter Hansen. Brørup Traktor- og Maskinhandel demonstrerede en skruepresse af mærket FAN, som importeres fra udlandet. Der anvendes ingen tilsætningsstoffer i processen. FANseparatoren er i drift mange steder i udlandet og anvendes både til separering af svine- og kvæggylle samt afgasset biomasse på biogasanlæg. I nogle lande anvendes fiberfraktionen fra separering af kvæggylle som strøelsesmateriale til sengebåse i kostalde. Dette er ikke ret udbredt i Danmark endnu, men der opleves en stigende interesse for dette blandt danske mælkeproducenter. Side 8 af 24

10 Figur 6. Staring Maskinfabriks separationsanlæg med skruepresse og rystesi. Foto: Peter Hansen. Staring Maskinfabrik demonstrerede et anlæg, som er opbygget med en skruepresse og en rystesi. Under demonstrationen blev anvendt en særlig demonstrationsmodel med en lavere kapacitet end deres normale fuldskalamodel. Videncentret for Landbrug har tidligere gennemført en FarmTest af et separationsanlæg svarende til det anlæg, der blev demonstreret af Staring Maskinfabrik. Se Hinge (2007). Side 9 af 24

11 3. GENNEMFØRELSE AF DEMONSTRATIONEN Rågylle Alle separeringsanlæggene fik under demonstrationen tilført gylle fra samme gyllebeholder for at kunne sammenligne anlæggene under ens betingelser. Der var tale om en relativ tynd gylle med et tørstofindhold på knap 2 % (se analyseresultater i Annex A). Gyllebeholderen blev rørt op dagen før, og omrøringen fortsatte uden stop under selve demonstrationen. Der er tale om blandet svinegylle fra søer, smågrise og slagtesvin. Gyllebeholderen var blevet tømt i forbindelse med udbringning i sommeren 2010 og derefter løbende tilført gylle fra staldene frem til demonstrationsdagen den 15. december. Dvs. den ældste del af gyllen var omkring seks måneder gammel, og gyllens gennemsnitlige lagringstid var ca. tre måneder. Normalt opnås den bedste separering, når der er tale om en frisk rågylle med et relativt højt tørstofindhold. Man kan derfor sige, at gyllesepareringsanlæggene blev demonstreret under vanskelige, men ikke ualmindelige forhold. Forsøgsopstillinger Der blev gennemført testkørsler for otte forskellige forsøgsopstillinger med anlæggene fra de fire leverandører. En oversigt over forsøgsopstillingerne kan ses i tabellen herunder. Tabel 1. Oversigt over de otte forsøgsopstillinger. Nr. Leverandør Anlæg Anvendelse af? 1 AL-2 Agro Skruepresse Uden brug af 2 AL-2 Agro Flokkulering, båndfilter og skruepresse Polymer anvendes 3 GEA Westfalia Separator GEAP 25 Uden brug af 4 GEA Westfalia Separator GEAP 25 Polymer anvendes 5 GEA Westfalia Separator GEAP 100 Uden brug af 6 GEA Westfalia Separator GEAP 100 Polymer anvendes 7 Brørup Traktor- og Maskincenter FAN Skruepresse Uden brug af 8 Staring Maskinfabrik Staring Agrounit Uden brug af For hver af de otte forsøgsopstillinger blev gennemført en testkørsel med en varighed på ca. to timer. Jævnt fordelt over testperioden blev der udtaget ca. fire delprøver af den tilførte rågylle og af de respektive output-fraktioner. Efter testkørslen blev delprøverne fra hver input- og output-strøm samlet og blandet og herudfra blev udtaget to prøver til analyse (dobbeltbestemmelse af næringsstofindhold, tørstof og aske i hver strøm). Prøverne blev efter udtagning holdt nedkølede og umiddelbart efter demonstrationen transporteret til Eurofins Steins Laboratorium. Her blev prøverne analyseret for indhold af næringsstoffer, total tørstof og aske. Side 10 af 24

12 For hver forsøgsopstilling blev fiberfraktionen opsamlet i container og vejet. Desuden blev mængden af rågylle eller mængden af produceret væskefraktion bestemt ved hjælp af flowmålere i de fleste af forsøgsopstillingerne. Ud fra disse tal er for hver forsøgsopstilling lavet en massebalance, der viser, hvor stor andel de forskellige outputfraktioner udgør af rågyllen (vægt-procent). Det er her antaget, at 1 m 3 vejer et ton. Side 11 af 24

13 4. RESULTATER - SEPARATIONSEFFEKTIVITET Separationseffektiviteten anvendes her som et udtryk for, hvor stor andel af rågyllens næringsstoffer og tørstof, der findes i fiberfraktionen efter separationen. Typisk ønskes en stor andel af rågyllens næringsstoffer samlet i en fiberfraktion, hvis vægt kun udgør en lille del af rågyllens vægt altså en stor opkoncentrering af næringsstoffer. Et uddrag af analyseresultaterne for rågylle, væskefraktion og fiberfraktion kan ses i tabel 2. I Annex A er alle analyseresultaterne præsenteret. Tabel 2. Indhold af total-n, organisk N, fosfor og total tørstof i rågylle, væske og fiber. Forsøgsopstilling Fraktion Total-N (kg/ton) Organisk N (kg/ton) 1 Fosfor (kg/ton) Tørstof (%) AL-2 Skruepresse uden Rågylle 2,60 0,52 0,55 1,90 Væske 2,56 0,54 0,50 1,69 Fiber 5,27 2,96 2,65 22,01 AL-2 Båndfilteranlæg med Rågylle 2,62 0,59 0,57 1,94 Væske 2,14 0,30 0,25 0,98 Fiber 10,37 6,28 7,30 25,24 GEAP 25 dekanter uden Rågylle 2,56 0,51 0,60 1,89 Væske 2,35 0,38 0,14 1,13 Fiber 10,05 4,81 11,00 28,99 GEAP 25 dekanter med Rågylle 2,64 0,59 0,53 1,87 Væske 2,33 0,44 0,16 1,12 Fiber 10,08 4,81 11,00 27,91 GEAP 100 dekanter uden Rågylle 2,94 0,69 0,54 2,27 Væske 2,41 0,44 0,17 1,21 Fiber 10,08 4,73 12,00 31,86 GEAP 100 dekanter med Rågylle 2,47 0,47 0,37 1,48 Væske 2,32 0,37 0,12 1,09 Fiber 10,78 4,84 11,00 32,58 FAN skruepresse uden Rågylle 2,62 0,52 0,56 1,76 Væske 2,48 0,56 0,42 1,60 Fiber 6,24 4,00 3,00 28,05 Staring Agrounit uden Rågylle 2,60 0,56 0,52 1,83 Væske 2,62 0,58 0,50 1,70 Fiber 5,44 3,57 2,85 26,23 Slam 4,53 1,39 5,25 10,39 1 Indholdet af organisk N er beregnet som differencen mellem total-n og ammonium-n. Det ses i tabel 2, at tørstofindholdet i rågyllen ligger på nogenlunde samme niveau omkring 1,90 %. Ud fra disse analyseresultater er separationseffektiviteten for de otte forsøgsopstillinger er beregnet og præsenteret i tabel 3 herunder. Side 12 af 24

14 Tabel 3. Separationseffektivitet for anlæggene i de 8 forskellige forsøgsopstillinger. Nr. Forsøgsopstilling Andel i fiberfraktion 1 Tørstofindhold Total-N Fosfor Vægt Rågylle Fiber AL-2 Skruepresse uden 6 % 15 % 3 % 1,9 % 22,0 % AL-2 Båndfilteranlæg med 25 % 67 % 7 % 1,9 % 25,2 % GEAP 25 dekanter uden 17 % 78 % 5 % 1,9 % 29,0 % GEAP 25 dekanter med 18 % 78 % 5 % 1,9 % 27,9 % GEAP 100 dekanter uden 16 % 76 % 4 % 2,3 % 31,9 % GEAP 100 dekanter med 16 % 79 % 4 % 1,5 % 32,6 % FAN skruepresse uden 4 % 10 % 2 % 1,8 % 28,1 % 8 Staring Agrounit uden N.a. 2 N.a. 2 N.a. 2 1,8 % 26,2 % 1 Tallene er korrigeret for at nå 100 % massebalancer. 2 Data utilstrækkelige til beregning af separationseffektivitet for Staring Agrounit. Som nævnt i afsnit 3 ovenfor er der under demonstrationen anvendt en meget tynd rågylle. Det betyder, at alle separationsanlæg generelt præsterer lavere separationseffektivitet end ved normal gylle med et tørstofindhold på f.eks. 4 % eller højere. Der er to af opstillingerne, som skiller sig ud med hensyn til tørstofindhold i rågyllen. Opstilling nr. 5 er kørt med en tykkere gylle end gennemsnittet i løbet af demonstrationen. En mulig forklaring kan være, at der i denne opstilling er suget rågylle fra bunden af tanken, hvor der måske er tendens til sedimentering trods den konstante omrøring. Opstilling nr. 6 er gennemført med en gylle, der er tyndere end gennemsnittet. Måske fordi denne opstilling er kørt sidst på dagen, hvor al det tykke gylle er blevet suget op tidligere på dagen. Den højeste separationseffektivitet mht. total-n ses for AL-2 båndfilteranlægget, hvor der blev anvendt. Det ses i tabel 3, at 25 % af total-n findes i fiberfraktionen for denne forsøgsopstilling. Denne relativt høje separationseffektivitet skyldes tilsætningen, som gør, at små partikler samles og bindes sammen i større klumper, som efterfølgende er nemmere at separere fra. Der er anvendt en dosering på omkring 0,25 liter pr. ton separeret rågylle. Forsøgsopstilling 3 og 4 vedrører GEAP 25, hvoraf den første er uden brug af, og den anden er gennemført med brug af. Det ses, at separationseffektiviteten er en anelse højere i opstilling 4, hvor er anvendt. At effekten af tilsætning ikke er højere skyldes sandsynligvis, at doseringen har været relativ lav. Under demonstrationen er der anvendt ca. 0,05 liter pr. ton rågylle separeret. Forsøgsopstilling 5 og 6 giver resultater på nogenlunde samme niveau. Disse to forsøgsopstillinger vedrører GEAP100 dekantercentrifugen, hvoraf den første er uden, og den anden er med. Det var forventet, at anvendelsen af ville vise sig i form af en højere separationseffektivitet. At dette ikke var tilfældet skyldes sandsynligvis, at for opstillingen med brug af var tørstofindholdet noget lavere end i opstillingen med samme separator uden. Man kan sige, at effek- Side 13 af 24

15 ten af tilsætningen blev neutraliseret, fordi gyllen er tyndere. En del af forklaringen er nok også, at der blev anvendt en relativ lille dosering, og at fiberfraktionen ved opstilling 6 med tilsætning er en anelse mere tør end ved samme separator uden. Forsøgsopstilling 1 og 7 vedrører to skruepresser uden tilsætning, som blev demonstreret af henholdsvis AL-2 og Brørup Traktor og Maskincenter. For AL-2 er andelen af total-n i fiberfraktionen 6 % og for FAN separatoren er den 4 %. Også andelen af fosfor i fiberfraktionen er relativ lav for de to skruepresser. For AL-2 er 15 % af rågyllens fosfor i fiberfraktionen, og for FAN er det 10 % af rågyllens fosfor, der findes i fiberfraktionen. Skruepresser er relativt billige i investering og i drift, og samtidig robuste anlæg. Men når der er tale om en tynd gylle, er skruepresser ikke ret effektive til at opkoncentrere næringsstoffer og tørstof i fiberfraktionen. Tørstofindholdet i de producerede fiberfraktioner varierer fra 22 % for AL-2s anlæg med tilsætning til knap 33 % for GEA Westfalias GEAP 100 med tilsætning. Side 14 af 24

16 5. BRÆNDVÆRDI AF FIBERFRAKTIONER Hovedparten af fiberfraktionen fra gylleseparering udnyttes i dag enten som en jordforbedrende og fosforholdig gødning i planteproduktionen eller tilføres biogasanlæg for at øge biogasproduktionen. I områder med høj husdyrtæthed og lang afstand til biogasanlæg, kan der imidlertid være problemer med at udnytte fiberfraktionen. I disse områder kan forbrænding af fiberfraktionen være et attraktivt alternativ. Forbrændingen kan dels begrænse omkostningerne ved transport af fiberens fosforindhold og kan samtidig føre til fortrængning af fossilt brændsel med CO 2 -neutral energi. Energipotentialet af fiberfraktionen afhænger bl.a. af fiberens tørstof- og askeindhold og disse forhold er bl.a. bestemt af hvilken separationsteknologi, der er benyttet, idet de nuværende separationsteknologier afviger markant mht. teknologi og separationsmetode. Der er derfor en forventning om at energipotentialet i fiberen vil afhænge af den benyttede teknologi. Som en del af demonstrationen af gyllesepareringsanlæg er brændværdien af de forskellige fiberfraktioner bestemt. Formål Formålet med undersøgelsen var at fastlægge energipotentialet af et biobrændsel bestående af den faste fraktion af gylle, som dannes i forbindelse med separering af gylle, samt at undersøge hvordan energipotentialet påvirkedes af den benyttede separationsteknologi. Metode I forbindelse med separering af svinegylle med syv forskellige separationsteknologier blev der udtaget homogeniserede prøver af de dannede fiberfraktioner. De udtagne prøver blev frosset ned, inden de blev sendt til analyse for brændværdiparametre hos Teknologisk Institut. Brændværdien af prøverne blev bestemt henholdsvis af våde prøver ved adiabatisk kalorimeterbestemmelse og af tørre prøver. Resultater og diskussion De opnåede brændværdier er vist i tabel 4. Brændværdien af tørrede prøver udgør i gennemsnit 16,6 MJ/kg tørret prøve. I praksis er brændværdien langt lavere, bl.a. pga. tab af energi til fordampning af fiberens vandindhold. I gennemsnit blev der målt et potentielt energiindhold i de våde prøver på 2,5 MJ/kg fiber. Side 15 af 24

17 Tabel 4. Brændværdi og indhold af tørstof og aske i de undersøgte biomasseprøver. Brændværdien er opgjort henholdsvist per kg tørstof (TS) i brændslet (MJ kg TS -1 ) og per kg vådt brændsel (MJ kg -1 ). Biomasse Tørstof % Aske, % af vådvægt Brændværdi MJ kg TS -1-1 a) MJ kg AL-2 uden 24,6 2,6 18,13 2,61 AL-2 med 23,5 5,8 16,84 2,08 GEAP 25 uden 28,5 8,3 15,03 2,53 GEAP 25 med 27,3 7,9 14,77 2,26 GEAP 100 med 29,5 8,8 14,95 2,69 FAN uden 27,9 2,7 18,50 3,39 STARING uden 22,8 2,7 18,10 2,24 Gennemsnit 26,3 5,5 16,61 2,54 a) Effektiv (nedre) brændværdi i våd prøve. Energipotentialet af fiberfraktionen afhang kun i mindre grad af det benyttede separeringsanlæg. Den højeste brandværdi blev opnået i fiberfraktionen fra FAN skruepressen, mens den laveste brændværdi blev fundet i fiberen separeret i AL separatoren ved tilsætning af. Separering med dekantercentrifuger (GEA Westfalia) producerede fiberfraktioner med en brændværdi tæt på gennemsnittet. Tilsætning af før separeringen førte for både AL-2 og GEAP separatorteknologien til en lidt lavere gennemsnitlig brændværdi af fiberen end ingen tilsætning. Der kan ikke forventes en 100 % udnyttelse af energipotentialet i biomasser. En række faktorer betyder, at kun en andel af den potentielle energi kan udnyttes. Bl.a. kan man ikke forvente en fuld udnyttelse af den energi, der tilføres et biomassefyr. Biomassefyr vil afhængig af type, indføringssystem og biomassetype normalt kun kunne udnytte omkring 80 % af det potentielle energiinput (virkningsgrad). Derudover betyder det høje vand- og askeindhold i fiberfraktionen, at man ikke kan forvente den samme virkningsgrad af fiberfraktioner, som af eksempelvis halm og flis. En tidligere undersøgelse har således fundet, at man ved samfyring af halm og gyllefibre i et decentralt anlæg opnåede en virkningsgrad på mellem 76 og 80 % (Hansen et al., 2009 & Kristensen et al., 2009). Virkningsgraden ved afbrænding af fiber uden samfyring med halm kendes ikke, men den vil formentligt være væsentligt lavere end 80 %. Side 16 af 24

18 Figur 7. Energioverskuddet ved biogas produktion af rågylle, afbrænding af fiberfraktionen og afgasning af gylle efterfulgt af separation og afbrænding af fiberfraktionen (Sommer & Møller). Vandindholdet og dermed tørstofindholdet af fiberfraktionen har stor indflydelse på det energioverskud, der kan opnås ved afbrændingen. Figur 7 viser bl.a., hvor stort et energioverskud, der kan forventes ved afbrænding af fiberfraktioner med varierende tørstofindhold. Figuren viser, at der stort set ikke kan forventes et netto energioverskud, hvis fiberfraktioner har et tørstofindhold på under ca. 20 %. Side 17 af 24

19 6. METANPOTENTIALE AF FIBERFRAKTIONER Der blev i 2010 separeret ca t gylle og over 80 % af den producerede fiberfraktionen blev anvendt til biogasproduktion. En kommende udbygning af biogasproduktionen i Danmark vil sandsynligvis i langt højere grad blive baseret på anvendelse af gyllefibre. Hvis et separationsanlæg benyttes til fremstilling af fiber til biogasproduktion, er det vigtigt at anlægget kan: 1. Opkoncentrere mest muligt organiske tørstof i fiberfraktionen. 2. Fremstille en fiberfraktion med et højt biogaspotentiale. Første punkt er belyst på side 12-14, mens andet punkt er behandlet nedenfor. Metode I løbet af demonstrationsperioden den 15. december 2010 blev der udtaget prøver af fiberfraktionerne fra de forskellige separationsanlæg. Prøverne blev nedfrosset og biogaspotentialet blev efterfølgende bestemt i batchforsøg, som blev udført efter Agrotechs protokol for analyse af metanpotentiale (modificeret efter Angelidaki et al. 2009). For hver prøve har Eurofins Steins Laboratorium gennemført dobbeltbestemmelse af tørstof og askeindhold. Der blev anvendt podemateriale fra Bånlev Biogas og flaskerne blev inkuberet ved 48 C. Prøverne blev udrådnet med tre gentagelser og den samlede udrådningsperiode var 92 døgn. Resultater Der blev, under demonstrationen den 15. december 2010, produceret otte forskellige fiberfraktioner og en slamfraktion. Metanpotentialet for de ni forskellige fraktioner, ligger i intervallet Nm 3 /t VS efter 92 døgns udrådning (tabel 5). Side 18 af 24

20 Tabel 5. Fiberfraktioner med angivelse af tørstof- og askeandel, samt metanudbytte angivet efter 36 og 92 døgns udrådning med standardafvigelse for resultater efter 92 døgns udrådning. TS [%] Aske [% af vådvægt] Metanudbytte efter 36 døgn [Nm 3 /t VS] Metanudbytte efter 92 døgn [Nm 3 /t VS] S.D. ved resultater efter 92 døgn AL-2 båndfilter med AL-2 skruepresse uden FAN skruepresse uden GEAP 100 med GEAP 100 uden GEAP 25 med GEAP 25 uden Staring Agrounit, fiberfraktion Staring Agrounit, slamfraktion 25,2 7,3 205,0 273,0 2,7 22,0 3,6 218,3 309,4 2,0 28,1 3,4 187,2 263,6 13,6 32,6 9,9 161,0 229,1 1,5 31,9 10,0 163,6 230,6 17,9 27,9 8,5 180,8 251,3 10,9 29,0 9,3 185,4 253,1 19,1 26,2 6,0 195,6 270,4 19,6 10,4 4,3 179,3 257,2 13,4 Det højeste metanudbytte fås fra fiberfraktionen efter separering med AL-2s skruepresseanlæg uden tilsætning af. Det skal dog nævnes, at der er uoverensstemmelse mellem tørstofanalyserne af denne fiberfraktion, og denne usikkerhed kan have medført et falsk forhøjet metanudbytte på op til 5 %. Tages dette forbehold i betragtning ligger resultaterne i et ret snævert interval med et gennemsnit på ca. 255 Nm 3 /t VS (figur 8). Der ses ingen sikker forskel på metanudbyttet pr. ton organisk stof fra fiberfraktioner med og uden tilsætning, uanset om gylle er separeret med GEAP 100, GEAP 25 eller AL-2. Som nævnt i afsnit 4 ovenfor blev der dog anvendt en relativ lav dosering for GEAP 100 og for GEAP 25. Side 19 af 24

21 Figur 8. Metanudbytte fra udrådning af forskellige fiberfraktioner fra gylleseparering. Alle fiberfraktioner er produceret ved demonstration af gyllesepareringsanlæg den 15. december 2010 på samme rågylle. Efter 36 døgns udrådning er der i gennemsnit produceret 72 % af metanudbyttet, som fås efter 92 døgns udrådning. Forskellen i denne andel er minimal mellem de enkelte fiberfraktioner. Det skal nævnes, at der er forskel mellem resultaterne af aske- og tørstofanalyserne i dette afsnit og i afsnittet om brændværdi af fiberfraktioner (side 15). Det skyldes, at analyserne er udført på to forskellige laboratorier, henholdsvis Eurofins Steins Laboratorium og Teknologisk Institut. I tabel 6 er metanudbytterne af gyllefibrene omregnet, så de er vist på basis af frisk vægt. Desuden viser tabel 6 metanudbyttet i fiberfraktionen opgjort per ton separeret gylle. Dette er et udtryk for, hvor effektive anlæggene er til at opkoncentrere rågyllens metanpotentiale i fiberfraktionen, når der både tages hensyn til, hvor stor andel af rågyllens organiske stof, der ender i fiberfraktionen og metanudbyttet per ton organisk stof i de enkelte fiberfraktioner. Side 20 af 24

22 Tabel 6. Metanudbytter af fiberfraktioner efter 36 og 92 døgns udrådning opgjort på basis af frisk vægt samt metanudbytter udtrykt per ton separeret gylle. VS [% af vådvægt] Metanudbytte efter 36 døgn [Nm 3 /t fiber frisk vægt] Metanudbytte efter 36 døgn [Nm 3 /t separeret rågylle] Metanudbytte efter 92 døgn [Nm 3 /t fiber frisk vægt] Metanudbytte efter 92 døgn [Nm 3 /t separeret rågylle] AL-2 båndfilter med AL-2 skruepresse uden FAN skruepresse uden GEAP 100 med GEAP 100 uden GEAP 25 med GEAP 25 uden Staring Agrounit, fiberfraktion Staring Agrounit, slamfraktion 17,9 36,8 2,4 48,9 3,2 18,4 40,2 1,2 56,9 1,8 24,7 46,2 0,7 65,1 1,0 22,7 36,5 1,5 52,0 2,1 21,9 35,8 1,6 50,5 2,2 19,4 35,1 1,7 48,8 2,4 19,7 36,5 1,7 49,9 2,3 20,2 39,5 N.a. 1 54,6 N.a. 1 6,1 10,9 N.a. 1 15,7 N.a. 1 1 Data utilstrækkelige for Staring Agrounit fiberfraktion og slamfraktion. Af tabel 6 ses bl.a. at AL-2 båndfilteranlægget er det mest effektive, når det handler om at opkoncentrere metanpotentiale i fiberfraktionen. Når AL-2 båndfilteranlægget anvendes til separation af et ton rågylle opnås et metanudbytte af fiberfraktionen på 2,4 Nm 3 og 3,2 Nm 3 efter henholdsvis 36 og 92 døgns udrådning. Side 21 af 24

23 LITTERATUR Angelidaki, I., Alves, M., Bolzonella, D., Borzacconi, L., Campos, J. L., Guwy, A. J., Kalyuzhnyi, S., Jenicek P. and van Lier, J. B. Defining the biomethane potential (BMP) of solid organic wastes and energy crops: a proposed protocol for batch assays. Water Sci. Technol. 59 (5), Frandsen, T.Q. (2009). Separering af svinegylle med GEA Westfalia UCD 305. Farm- Test Bygninger Nr. 41. Dansk Landbrugsrådgivning, Landscentret. Hansen M.N., Kristensen J.K., Kristensen E.F. (2009). Forbrænding af fiberfraktionen fra separeret husdyrgødning - Bestemmelse af fiberens brændværdi og miljøpåvirkning ved samfyring med halm. LandbrugsInfo. Hinge, J. (2007). Gylleseparering med PCK separationsanlæg. FarmTest Bygninger Nr. 43. Dansk Landbrugsrådgivning, Landscentret. Kristensen E.F.; Kristensen J.K.; Sørensen P.; Hansen M.N Forbrænding af separeret husdyrgødning i mindre fyringsanlæg effekt af samfyring af gyllefibre og halm på energiudnyttelse og miljøpåvirkning. Grøn Viden, DJF husdyrbrug Nr. 50. Juli Pedersen, T.R. (2005). Gylleseparering. Kemira Miljø A/S. FarmTest Bygninger Nr. 20. Dansk Landbrugsrådgivning, Landscentret. Sommer S.G., Møller H.B. (udateret) Gylle til energi og gødning. Afdeling for Jordbrugsteknik, Danmarks JordbrugsForskning. Artikel på Side 22 af 24

24 ANNEX A - ANALYSERESULTATER Tabel A-1. Indhold af næringsstoffer, tørstof og aske i rågylle og de resulterende fraktioner. Gennemsnit af to udtagne prøver fra hver fraktion. Forsøgsopstilling Fraktion Total-N (kg/ton) Ammonium-N (kg/ton) Organisk N (kg/ton) 1 Fosfor (kg/ton) Kalium (kg/ton) TS (%) Aske (%) VS (%) 2 AL-2 Skruepresse uden Rågylle 2,595 2,080 0,515 0,550 1,600 1,895 0,64 1,255 Rejekt 2,555 2,020 0,535 0,495 1,600 1,685 0,60 1,085 Fiber 5,270 2,310 2,960 2,650 1,500 22,005 3,60 18,405 AL-2 Båndfilteranlæg med Rågylle 2,615 2,025 0,590 0,565 1,600 1,940 0,655 1,285 Rejekt 2,135 1,835 0,300 0,245 1,500 0,980 0,435 0,545 Fiber 10,370 4,095 6,275 7,300 1,550 25,240 7,300 17,940 GEAP 25 dekanter uden Rågylle 2,560 2,050 0,510 0,595 1,600 1,890 0,685 1,205 Rejekt 2,350 1,970 0,380 0,140 1,600 1,125 0,490 0,650 Fiber 10,045 5,240 4,805 11,000 1,600 28,990 9,300 19,690 GEAP 25 dekanter med Rågylle 2,635 2,045 0,590 0,530 1,600 1,865 0,640 1,225 Rejekt 2,330 1,890 0,440 0,155 1,550 1,120 0,480 0,640 Fiber 10,08 5,26 4,81 11,00 1,600 27,91 8,50 19,41 GEAP 100 dekanter uden Rågylle 2,935 2,250 0,685 0,540 1,700 2,265 0,745 1,520 Rejekt 2,405 1,970 0,435 0,170 1,600 1,210 0,485 0,725 Fiber 10,080 5,350 4,730 12,000 1,550 31,855 10,000 21,855 GEAP 100 dekanter med Rågylle 2,470 2,000 0,470 0,365 1,400 1,480 0,805 0,675 Rejekt 2,320 1,950 0,370 0,120 1,450 1,085 0,490 0,595 Fiber 10,775 5,935 4,840 11,000 1,600 32,580 9,900 22,680 FAN skruepresse uden Rågylle 2,620 2,105 0,515 0,555 1,600 1,760 0,605 1,155 Rejekt 2,480 1,920 0,560 0,415 1,600 1,600 0,675 0,925 Fiber 6,235 2,235 4,000 3,000 1,450 28,050 3,350 24,700 Staring Agrounit uden Rågylle 2,600 2,045 0,555 0,515 1,600 1,825 0,615 1,210 Rejekt 2,615 2,035 0,580 0,500 1,600 1,695 0,530 1,165 Fiber 5,440 1,875 3,565 2,850 1,500 26,225 6,000 20,970 Slam 4,530 3,145 1,385 5,250 1,700 10,390 4,300 6,090 1 Indholdet af organisk N er beregnet som differencen mellem total-n og ammonium-n. 2 VS (organisk tørstof) er beregnet som differencen mellem TS (total tørstof) og aske. Side 23 af 24

25 ANNEX B KAPACITET AF ANLÆGGENE UNDER DEMONSTRATIONEN Tabel A-2. Mængde af rågylle behandlet og realiseret kapacitet under prøvekørsel. Forsøgsopstilling Mængde rågylle Mængde af fiber Varighed af prøve- Kapacitet behandlet (tons) produceret (tons) kørsel (min.) (tons/time) AL-2 Skruepresse uden AL-2 Båndfilteranlæg med GEAP 25 dekanter uden GEAP 25 dekanter med GEAP 100 dekanter uden GEAP 100 dekanter med FAN skruepresse uden Staring Agrounit uden 25,80 0, ,50 15,90 1, ,44 33,00 1, ,37 70,00 3, ,46 65,00 2, ,24 61,00 2, ,20 53,30 1 0, ,00 100,61 1 0, ,95 1 Mængde af rågylle behandlet er beregnet ud fra tørstofindhold i rågylle og output-fraktioner, da der hverken var flowmåler på rågylle eller rejekt. 2 Vægten af fiberfraktionen fra Staring anlægget er inklusiv vægten af den producerede slamfraktion (92 kg). Side 24 af 24