Biogas baseret på halm og husdyrgødning - En teknisk-økonomisk analyse!

Transkript

1 Biogas baseret på halm og husdyrgødning - En teknisk-økonomisk analyse! Specialeafhandling Aske Palsberg Roskilde Universitet Tek-Sam Vejleder Tyge Kjær Dato

2 Forord Jeg vil starte med at rette en STOR tak til alle, der har hjulpet til specialerapportens tilblivelse. Dette speciale har kun været muligt, takket været hjælp og vejledning fra følgende personer. Min vejleder, Tyge Kjær, vil jeg gerne takke for tålmodighed og vejledning og fordi døren til hans kontor hele tiden har stået åben. Min forsøgsmakker Nils Lass Rasmussen, for et særdeles godt samarbejde og sparing mht. den naturvidenskabelige vidensopbyggelse i specialets tekniske analyse. Katrine Bøgh og Lone Christensen for at stille kompetencer, erfaring og faciliteter til rådighed. Regin Gaarsmand, Esben Mortensen og Henrik Haugaard Nielsen for at afsætte tid og interesse til mit speciale samt hjælp til særlige udfordringer. Sigrid Mourits-Andersen for hjælp i den afsluttende fase. Xenia Andersen for hjælp, støtte, forståelse, overbærenhed og flere lange nætter med komma retning. Med venlig hilsen, Aske Palsberg 2

3 Resumé En central udfordring for den fremtidige biogasudbygning i Danmark er en øget anvendelse af landbrugets bi- og restprodukter. Specialet Biogas baseret på halm og husdyrgødning en teknisk- økonomisk analyse tager udgangspunkt i denne udfordring og analyserer en mulig anvendelse af halm til biogasformål. I specialet anlægges et mark-til-mark perspektiv og muligheden undersøges derved for værdiskabelse både i landbruget og for husdyrgødningsbaserede biogasanlæg. Specialets analyser er interessante for planlæggere, investorer og iværksættere m.fl., som arbejder med udvikling og omstilling af energisystemer samt optimering af processer i landbruget. Formålet er at skabe viden til basis for dialog og business udvikling i samspillet mellem biogassektoren og landbruget. Anvendelse af halm til biogasproduktion undersøges med afsæt i en biogascase. Klimagevinster, gødningsværdi samt anlægs- og driftsøkonomi vurderes ud fra 2 afsætningskoncepter for biogas: kraftvarmekoncept og et opgraderingskoncept. Konklusionen på analyserne er, at halm forarbejdet på hammermølle er et godt produkt til biogasproduktion og at ressourcegrundlaget for halm kan understøtte de politiske målsætninger for den danske biogasudbygning frem mod 2020 og samtidigt bidrage til de danske klimamålsætninger. Det er derfor fundet muligt både at skabe værdi for landbruget, i rollen som biomasseleverandør og biomasseaftager, og for danske biogasanlæg. 3

4 Abstract A pivotal challenge for the future expansion of biogas in Denmark is the rise in use of agricultural by-products. This challenge is the baseline of the thesis Biogas from straw and animal manure a feasibility study in which the possibility of using straw in the biogas process is analyzed. In the thesis a field-to-field perspective in the value chain is applied and the possibility of adding value for the agricultural industry and for manure based biogas plants. The analyses conducted in this thesis are of interest to planners, investors and entrepreneurs, etc., who work with the development and transition of energy systems and the optimization of agricultural processes. The objective is the creation of a basis knowledge for dialogue and business development in the interaction between the biogas and the agricultural sector. Use of straw in the production of biogas is examined on the basis of a biogas case in which climate benefits, value of fertilization and construction and running cost from two concepts; the Combined Heat and Power concept (CHP) and an upgrade concept, has been assessed. In conclusion, the analyses in the thesis show that straw processed through a hammer mill is a sustainable product for biogas production and its resource base can support the political objectives of Danish biogas expansion towards 2020 and simultaneously contribute to the Danish climate targets. And so, it has been proven possible to add value for the agricultural sector in the roles of biomass suppliers and consumer and for Danish biogas plants. 4

5 Indhold 1! PROBLEMFELT+ 12! 1.1! PROBLEMFORMULERING+ 16! 1.2! SPECIALETS+AFGRÆNSNINGER+ 19! 1.3! PROJEKTDESIGN+ 20! 2! METODE+ 22! 2.1! EMPIRIENS+ROLLE+FOR+ANALYSEN+ 22! 2.1.1! LITTERATUR! 23! 2.1.2! STATISTIK! 23! 2.1.3! FORSØG! 23! 2.1.4! ØKONOMISKE!BEREGNINGER! 25! 2.1.5! INTERVIEW! 25! 3! ANALYSE+METODER:+FEASIBILITY+ANALYSE+ 27! 3.1! ANALYSE+METODER:+TEKNISK+ANALYSE+ 27! 3.1.1! ANALYSE!METODER:!KAPITEL!5.1! 27! 3.1.2! ANALYSE!METODER:!KAPITEL!5.2! 28! 3.1.3! ANALYSE!METODER:!KAPITEL!5.3! 28! 3.2! ANALYSEMETODER:+ØKONOMISK+ANALYSE+ 28! 3.2.1! ANALYSEMETODE:!BUDGETTERING! 29! 3.2.2! ANALYSE!METODE:!FØLSOMHEDSANALYSE! 31! 3.2.3! ANALYSE!METODE:!BREAKBEVEN!ANALYSE! 31! 4! CASE+ 33! 4.1.1! FORBEHANDLINGSSYSTEM! 33! 4.1.2! ANLÆGSSYSTEMET! 34! 4.1.3! AFSÆTNINGSKONCEPTER! 36! 5! TEKNISK+ANALYSE+ 37! 5.1! BIOGAS+I+DAG+OG+I+FREMTIDEN+ 37! 5.1.1! ETABLEREDE!BIOGASANLÆG!I!DANMARK! 38! 5.1.2! ETABLERING!AF!NYE!BIOGASANLÆG! 40! 5.1.3! TILSKUDSORDNINGER!TIL!AFSÆTTELSE!AF!BIOGAS! 41! 5.1.4! ANLÆGSSTØTTE!TIL!ETABLERING!AF!BIOGASANLÆG! 44! 5.1.5! DELKONKLUSION! 45! 5.2! BIOGAS+FRA+HALM+ 46! 5.2.1! BIOGASANLÆGGET! 46! 5

6 5.2.2! BIOMASSESAMMENSÆTNING! 47! 5.2.3! REAKTORTANKEN! 47! 5.2.4! BEHOV!FOR!FORBEHANDLING!AF!HALM! 50! 5.2.5! MEKANISK!FORBEHANDLING!AF!HALM! 51! 5.2.6! TEST!AF!KAPACITETSB!OG!ENERGIFORBRUG! 56! 5.2.7! METANPOTENTIALER!VED!MEKANISK!FORBEHANDLING! 57! 5.2.8! BESTEMMELSE!AF!METANPOTENTIALER!VED!FORSKELLIGE!HALMTYPER! 57! 5.2.9! SAMUDRÅDNING!AF!VÅRBYGHALM!OG!SVINEGYLLE! 60! ! BETYDNINGEN!AF!FORMALINGSGRAD!FOR!METANPOTENTIALET! 62! ! CTSR!METANUDBYTTE! 64! ! BIOGAS!AFSÆTNINGSKONCEPTER! 66! ! KLIMAGEVINSTER! 69! ! DELKONKLUSION! 72! 5.3! LANDBRUG+SOM+LEVERANDØR+OG+AFTAGER+AF+BIOMASSE+ 74! 5.3.1! BÆREDYGTIGHED!OG!REGULERING!AF!BIOMASSE! 74! 5.3.2! BIOMASSEGRUNDLAG!FOR!HALM!TIL!BIOGASFORMÅL!I!DANMARK! 78! 5.3.3! LANDBRUGETS!INTERESSE!I!AFSÆTNING!AF!HALM!OG!AFREGNINGSPRIS! 81! 5.3.4! BIOMASSEGRUNDLAG!FOR!HUSDYRGØDNING!TIL!BIOGASFORMÅL!I!DANMARK! 85! 5.3.5! ANVENDELSE!OG!REGULERING!AF!GØDNINGSPRODUKTET!AFGASSET!BIOMASSE! 87! 5.3.6! KULSTOF!TILBAGEFØRSEL!FRA!AFGASSET!HALM!TIL!LANDBRUGET! 95! 5.3.7! DELKONKLUSION! 97! 6! ØKONOMISK+ANALYSE+ 100! 6.1! ØKONOMISKE+VURDERINGER+AF+HALM+TIL+BIOGASFORMÅL+ 100! 6.1.1! BUDGETTERING! 100! 6.1.2! DB1!!ANALYSE!AF!DE!SPECIFIKKE!BIOMASSER! 102! 6.1.3! DB2!!ANALYSE!AF!ANLÆGSB!OG!DRIFTSØKONOMIEN! 104! 6.1.4! DELKONKLUSION! 106! 6.1.5! FØLSOMHEDSANALYSE! 107! 6.1.6! FØLSOMHEDSANALYSE!!ENKELT!FORUDSÆTNINGER! 108! 6.1.7! FØLSOMHEDSANALYSE!!KOMBINEREDE!FORUDSÆTNINGER! 112! 6.1.8! DELKONKLUSION! 114! 6.1.9! BREAKBEVNE!ANALYSE! 116! ! DELKONKLUSION! 121! 7! KONKLUSION+ 122! 7.1! KONKLUSIONER+FRA+DEN+TEKNISK+ANALYSE.+ 123! 7.1.1! KAPITEL!5.1:! 123! 7.1.2! KAPITEL!5.2,! 123! 6

7 7.1.3! KAPITEL!5.3:! 124! 7.2! ØKONOMISK+ANALYSE.+ 126! 7.2.1! KAPITEL!6:! 126! 8! PERSPEKTIVERING+ 128! 9! KILDER+ 129! 10! INTERVIEWS+ 135! 11! BILAG+ 135! 7

8 Tabel indeks Tabel 1: Forbehandlingsmetoder... 51! Tabel 2: Kapacitets- og energiforbrugstest på hammermølle... 56! Tabel 3: Metanpotentialer for substrater... 58! Tabel 4: Metanpotentialer for substrater... 62! Tabel 5: Resultater fra CSTR forsøg Foulum... 65! Tabel 6: Resultater fra CSTR forsøg - Foulum. Fordelt på substrat... 65! Tabel 7: Teknologi data - Gasmotor... 66! Tabel 8: Teknologi data - Opgraderingsanlæg... 67! Tabel 9: Biomasse input ved produktion af 10 mio. Nm ! Tabel 10: Drivhusgasreduktion pr. ton input (Fødevareministeriet 2008)... 71! Tabel 11: Regulering af energiafgrøder til biogasproduktion... 77! Tabel 12: Halm i ton for helle landet fordelt på anvendelse... 78! Tabel 13: Halmpotentialet fordelt på halmtype... 80! Tabel 14: Vinterhvedehalm efter område... 80! Tabel 15: Vårbyghalm efter område... 81! Tabel 16: Ressourcegrundlag husdyrgødning fordelt efter type... 85! Tabel 17: Tørstofindhold i husdyrgødning fordelt på type... 86! Tabel 18: Udnyttelseskrav husdyrgødning... 89! Tabel 19:Udnyttelseskrav biomasse... 89! Tabel 20 C/N- forhold i gødnings- og restprodukter i landbruget... 93! Tabel 21: JB-nr forklaring... 94! Tabel 22: Kulstof tilbageført ved CSTR forsøg - Foulum... 97! Tabel 23: Beregnings forudsætninger biogascase ! Tabel 24: Egetforbrug af proces energi ! Tabel 25: Forudsætninger for anlægsinvesteringer ! Tabel 26 samlede omkostninger og indtægter fra DB1 analysen af de specifikke biomasser ! Tabel 27: DB1 for de specifikke biomasser ! Tabel 28 DB1 resultater ! Tabel 29 DB2 resultater for kraftvarmekonceptet uden anlægsstøtte ! Tabel 30 DB2 resultater kraftvarmekonceptet med anlægsstøtte ! Tabel 31 DB2 resultater for opgraderingskonceptet uden anlægsstøtte ! Tabel 32 DB2 resultater for opgraderingskonceptet med anlægsstøtte ! Tabel 33 Følsomhed - halminput ! Tabel 34 Følsomhed - Halmpris ! Tabel 35 Følsomhed - Varmetab ! Tabel 36 Følsomhed - omkostninger til opgradering ! 8

9 Tabel 37 Følsomhed - anlægsinvesteringer ! Tabel 38 Følsomhed - Metanudbytte ! Tabel 39 Følsomhed - Forbehandlingsomkostninger ! Tabel 40 Følsomhed - Anlægsinvesteringer & Opgraderingsomkostninger ! Tabel 41 Følsomhed - Halm input & Varmetab ! Tabel 42 Følsomhed - Halmpris & Forbehandlingsomkostninger ! Tabel 43 Følsomhed - Halmpris & Metanudbytte ! Figur indeks Figur 1: Systemafgrænsning... 19! Figur 2: Projektdesign... 21! Figur 3: Dækningsbidragsdiagram... 30! Figur 4: Break-even metode... 32! Figur 5: Case forbehandlingssystem... 34! Figur 6: Case anlægssystem... 35! Figur 7: Case afsætningsmuligheder... 36! Figur 8: Biogasanlæg i Danmark... 38! Figur 9: Udviklingen i biogasproduktion i Danmark... 39! Figur 10: Udbygningen af biogas i Danmark opdelt i kategorierne meget sandsynlige, sandsynlige og usikre projekter ! Figur 11: Planlagte og etablerede anlæg i Danmark... 41! Figur 12: Sammensætningen af støtte til biogas efter anvendelse... 43! Figur 13: Aftrapning af de midlertidige tilskud... 43! Figur 14: Flowdiagram biogasanlæg!"!grafisk!oversigt.!(illustration!af!forfatter)... 46! Figur 15: Termofil- og mesofiltemperatur... 48! Figur 16: Nedbrydning af biomasse og dannelsen af metan vist i 3 faser... 49! Figur 17: Forbehandling af lignocellulosisk biomasse... 50! Figur 18: Flowdiagram for forbehandlingssystemet... 52! Figur 19: Metanpotentialer for de undersøgte halmtyper... 58! Figur 20: Udrådningskurve vinterhvede... 59! Figur 21: Udrådningskurve vårbyghalm... 59! Figur 22: Udrådningskurve engrapgræshalm... 59! Figur 23: Udrådningskurve Rajgræshalm... 59! Figur 24: Udrådningskurve Bakkesvingelhalm... 59! Figur 25: Metanpotentialer fra Institut for vand og miljøteknologi DTU... 60! Figur 26: Udrådningskurve svinegylle... 61! Figur 27: Udrådningskurve vårbyghalm og svinegylle 1,7 %... 61! Figur 28: Udrådningskurve vårbyghalm og svine gylle 6,1 %... 61! Figur 29: Metanpotentiale for input biomasse... 62! 9

10 Figur 30: Udrådningskurve forbehandlet vinterhvede 2 mm... 63! Figur 31: Udrådningskurve forbehandlet vinterhvedehalm 1 mm... 63! Figur 32: Udrådningskurve forbehandlet vinterhvedehalm 0,5 mm... 63! Figur 33: Afsætningskoncepter... 68! Figur 34: Reduktion af CO2 ækv. / år fordelt på substitutionsbrændsel... 72! Figur 35: Halmpotentialet for anvendelse til biogasformål... 79! Figur 36: Halmprisen i 2013 og den attraktive halmpris for delt på bedrifter... 82! Figur 37: Halmlogistik fra mark til anlæg... 83! Figur 38: Dækningsbidrag halm ab anlæg... 84! Figur 39: En attraktiv halmpris sammenholdt med dækningsbidrag halm ab. anlæg... 84! Figur 40: Værdien af afgasset biomasse efter den vægtede udnyttelsesprocent... 90! Figur 41: Ændringer i kulstofindholdet i den danske landbrugsjord efter JB jordtype... 94! Figur 42: Dexterindex... 95! Figur 43: Resultater kulstof tilbageført... 96! Figur 45 Break-even kraftvarmekonceptet med anlægsstøtte ! Figur 47 Break-even opgraderingskonceptet med anlægsstøtte ! 10

11 Problemfelt

12 Indledning 1 Problemfelt Problemfeltet udstikker de overordnede rammer og tanker, som ligger til grund for specialet og skal læses som argumentation for problemformuleringens relevans i forhold til den givne problemstilling. Klima&& De observerede klimaændringer og den globale opvarmning er utvetydig og uden fortilfælde. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) vurderer, at disse ændringer i klimaet og den globale opvarmning med 95 % sikkerhed skyldes menneskelig aktivitet og særligt de stigende koncentrationer af drivhusgasserne CO 2, CH 4, og N 2 O i atmosfæren. Den atmosfæriske CO 2 -koncentration er steget med over 40 % siden industrialiseringen i det 1800-århundrede og har ikke været højere i de sidste år (IPCC 2013). Klimaændringerne er en langsigtet udfordring, som kræver øjeblikkelig handling, ikke mindst på grund af tempoet for den globale opvarmning samt konsekvenserne heraf (IPCC: 2013). Warming of the climate system is unequivocal, and since the 1950s, many of the observed changes are unprecedented over decades to millennia. The atmosphere and ocean have warmed, the amounts of snow and ice have diminished, sea level has risen, and the concentrations of greenhouse gases have increased (IPCC 2013) Fossile&ressourcer& Menneskets forbrug af fossile ressourcer har siden industrialiseringen i det 18. århundrede, været stærkt stigende og er den primære årsag til den øgede koncentration af drivhusgasser i atmosfæren. Samtidig har udnyttelsen af de fossile ressourcer drevet det teknologiske fremskridt. Ved en omstilling fra anvendelsen af fossile ressourcer er udnyttelsen af alternativerne vedvarende energi (VE) kilder, såsom sol, vind, vand, biomasse m.m. af afgørende betydning. Dette har medført en række politiske initiativer og målsætninger for anvendelsen af VE til energiproduktion både på internationalt og nationalt plan. Politisk&energiaftaler&&& En omstilling fra den fossile økonomi mod en bæredygtig grøn økonomi drevet af VE er nødvendig, hvis udfordringerne og konsekvenserne for klimaændringer og stigende globalopvarmning skal begrænses. Skiftende regeringer har derfor gennem tiden tilsluttet sig internationale målsætninger og udarbejdet visioner for en omstilling af den danske energiproduktionen. I 2020 skal Danmark derfor opnå en CO 2 -reduktion på 40 % i ift (Vores energi 2011) Tidligere energiaftaler og visioner viser også en prioritering af den danske omstilling til VE. 12

13 Indledning Grøn Vækst 2009 er en vision fra den daværende VK-regering med det mål at skabe en vækstplan, hvor miljø-, klima-, og naturbeskyttelse gik hånd i hånd med moderne og konkurrencedygtig landbrugs- og fødevareproduktion, som bl.a. indeholdt et mål om at styrke landbrugets rolle som leverandør af biomasse til energiproduktion ved at udnytte op imod 50 % af den samlede danske husdyrgødningsproduktion til biogasproduktion (Grøn Vækst 2009). I SSR-regeringens energiudspil Vores Energi til forhandlingerne om energiaftalen for , blev visionerne om et fossilfrit energisystem i 2035 og et fossilfrit Danmark i 2050 introduceret (Vores energi 2011). I energiaftalen 2012, indgået med alle folketingets partier med undtageles af Liberal Alliance, spiller biogas en vigtig rolle for at nå de nationale målsætninger, dette udmøntede sig bl.a. i at forbedre rammebetingelserne for biogas, for på den måde at skabe incitament for en biogasudbygning i Danmark (energiaftalen 2012). De konkrete tiltag i energiaftalen fra 2012 omfatter bl.a. følgende punkter: - At den eksisterende støtte til biogaskraftvarme øges - At andre muligheder for anvendelser af biogas i naturgasnettet, i virksomheders proces eller i transportsektoren gøres økonomisk attraktive med en række tilskud - At anlægsstøtten øges fra 20 til 30 % af anlægsinvesteringen. (energiaftalen 2012) Der har altså været en utvetydig vision fra skiftende regeringer for, at biogas skal spille en rolle i vores fremtidige energisystem og bidrage til Danmarks ambitiøse klimamål på 40 % CO 2 reduktion i 2020 og et fossilfri energisystem i Udbygningen af biogasproduktionen har dog ikke haft en kontinuerlig fremgang og udviklingen har haft varierende succes gennem tiderne, på trods af de politiske visioner for øget biogasproduktion og forskellige tilskudsordninger til etablering og drift af biogasanlæg. Biogas&i&Danmark&& Som de fleste andre VE teknologier er biogasteknologien vokset op nedefra. Altså en bottom-up-teknologiudvikling, som er blevet drevet af energiske og dristige pionere på området (Boldt. J. 2000). Trods mange fiaskoer fra starten i 1970 erne, hvor de første anlæg, der hovedsageligt var tænkt som gyllebehandlings anlæg, blev opført i Danmark, var der i slutningen af 1990 erne etableret 20 biogasfællesanlæg (Kjær 2013),(Jacobsen. B. H. et al 2013). Flere af disse anlæg har været igennem konkurser og derfor mødes nye biogasprojekter i Danmark ofte med en vis mistillid. Siden de store fællesanlæg blev bygget i 1990 erne har udbygningen af mindre biogasanlæg, de såkaldte gårdanlæg, haft en betydelig fremgang og der blev i perioden 1999 til 2003 opført ca. 30 gårdanlæg, men mange led samme skæbne, som de første biogasfællesanlæg og flere af 13

14 Indledning biogasgårdanlæggene har mødt væsentlige økonomiske udfordringer og er ramt af konkurs. Der er 34 biogasfællesanlæg i drift primo 2012, medens der er 40 gårdanlæg i drift, se bilag 17,( Brancheforeningen for Biogas 2014a), (Brancheforeningen for Biogas 2014b). Disse anlæg behandler ca. 5-7 % af de 35 mio. ton husdyrgødning, der opsamles hvert år på de danske husdyrbedrifter (Birkemose. T. et al. 2013). Husdyrgødning udgør størstedelen af det samlede biomasse input i de danske biogasanlæg, hvis årlige biogasproduktion svarer til ca. 4,3 PJ eller ca. 0,7 % af det danske energiforbrug (Energistyrelsen 2014a). Frem mod 2020 skal op imod 50 % af den opsamlede husdyrgødning anvendes til energiproduktion, jf. Grøn vækst fra 2009, hvilket kræver handling nu, hvis denne målsætning skal indfries (Birkemose T. et al. 2013),(Grøn Vækst 2009). Erfaringer har imidlertid vist, at økonomien i biogasanlæg, hvor biomassen består af 100 % husdyrgødning ikke er tilfredsstillende. Metanudbyttet kan dog øges, hvis andet organisk materiale med højt tørstofindhold tilsættes udrådningsprocessen. Med de nationale målsætninger vil den forventede forøgede udnyttelse af husdyrgødning til biogas derfor, alt andet lige, medføre en øget efterspørgsel på biomasse med et højt tørstofindhold, for at sikre et stabilt og tilstrækkeligt metanudbytte og økonomien i biogasanlægget. Det organiske industriaffald er imidlertid en mangelvare og organisk husholdningsaffald er begrænset af landbrugets egen regulering af udbringning af afgasset biomasse (slam) (Møller 2013), (Birkemose 2013). Derfor skal den øgede efterspørgsel på biomasser med højt tørstofindhold i høj grad findes i organiske restprodukter- eller energiafgrøder fra landbruget. Dette lægges der også op til i regeringens energiudspil Vores Energi (2011). Energiafgrøderne anses dog for at være mindre bæredygtige end organiske restprodukter, da disse konkurrerer med anvendelse af landbrugsarealer til fødevareproduktionen (Fødevareministeriet 2008). Restprodukter anses derimod ikke for at konkurrere med fødevareproduktionen og tilskrives ikke at være en belastning af miljø og klima. Dette gør at restprodukter fra landbrugsproduktion kan blive en oplagt mulighed for øget udnyttelse til biogasproduktion og dermed bidrage til den danske biogasudbygning (Fødevareministeriet 2008). Udnyttelse&af&halm&som&biomasseressource&til&biogas&i&Danmark&& En af de største uudnyttede biomasseressourcer i det danske landbrug er halm. Der blev i gennemsnit produceret ca. 5,6 mio. tons korn- og rapshalm i årerne i Danmark. Heraf blev ca. 3,5 mio tons anvendt til henholdsvis fyring, foder og dybstrøelse, hvilket efterlader 2,1 mio. tons korn- og rapshalm, der aldrig bjerges fra marken og som ville kunne 14

15 Indledning udnyttes til energiproduktion via biogasproduktion (Birkemose T. et al:2013). Udover kornog rapshalm dyrkes der også anseelige mængder frøgræs i Danmark ca tons, heraf udnyttes ca tons til fyring og foder, hvilket betyder at op imod 60 %, ca tons ikke udnyttes, men snittes og efterlades på marken som en uudnyttet ressource (Birkemose T. et al: 2013). Halm er et produkt, der med betydelige uudnyttede ressourcer kan have betydning for biogasproduktion i Danmark (int. Møller ). Betydelige problemstillinger for anvendelsen af halm til biogasformål er usikkerheden i forhold til anlægs- og driftsøkonomien, da omkostningerne til håndtering, forbehandling og optimering af metanudbyttet ikke er fuldt belyst (int. Møller ),( int. Møller ). I specialet analyseres disse omkostninger ved forbehandling med hammermølle. Halmprisen er også en betydelig faktor, da halmen udelukkende bjerges fra marken, hvis landbruget opnår en acceptabel forretning ved halmsalg (Jørgensen 2014). Derudover kan anvendelse af halm til at restituere landbrugsjorden, ved jordforarbejdning, også have betydning for landbrugets villighed til at levere halm til biogasformål (Jørgensen 2014),(Hansen 2012). Andre forhold som f.eks. gødningsværdien af den afgassede biomasse gør sig her gældende, såsom gødningsproduktets indhold af N total og mineralsk N (NH + 4 ) Disse værdier kan være en afgørende faktor for landbrugets villighed til at levere husdyrgødning til biogasformål og aftage den afgassede biomasse. Specialet vil derfor undersøge feasibiliteten for udnyttelse af halm til biogasproduktion med fokus på anlægs- og driftsøkonomi, samt undersøge værdien af den afgassede biomasse som gødningsprodukt nærmere. Med udgangspunkt i ovenstående er det derfor vigtigt at undersøge dels: - Anlægs- og driftsøkonomien. - Kortlægge ressourcegrundlaget. - Bestemme og optimere metanudbyttet for halm, forbehandlet på hammermølle. - Undersøge C/N-forhold i input og output biomasse. - Bestemme de tekniske barrierer for anvendelse af halm til biogasformål. De i specialet overordnede tanker for opbygning af problemfelt og specialets behov for vidensindsamling i analysen er der anvendt metoden Mindmap, som præsenteres visuelt i bilag 1. 15

16 Indledning 1.1 Problemformulering Projektet er bygget op om en problemformulering samt 11 arbejdsspørgsmål fordelt på to undersøgelsesområder. Hvordan kan anvendelsen af halm til biogasformål bidrage til den danske husdyrgødningsbaserede biogasudbygning? Uddybelse&af&problemformuleringen&& Omdrejningspunktet for specialet er først og fremmest den første del af problemformuleringen anvendelsen af halm til biogasformål. Med anvendelse menes følgende processer; - at halmen bjerges fra marken Hvilket kan ske, når landbruget opnår en tilfredsstillende forretning ved salg af halm, trods eventuelle negative effekter på jordkvaliteten ved at bjerge halmen fra marken, medtages. - at halmen udnyttes til biogasgasproduktion Hvilket kræver, at metanudbyttet optimeres ved forarbejdning af halmen på en måde, der gør halmens organiske materiale tilgængeligt for de biologiske processer i biogasanlæggets reaktor. - at halm udbringes i den afgassede biomasse som gødningsprodukt Hvilket afhænger af den afgassede biomasses værdi i landbruget. De ovenstående punkter betyder, at anvendelsen af halm til biogasformål forstås i et marktil-mark perspektiv, jf. ordforklaring, hvor anvendelsen vurderes med hensyn til værdiskabelse i hele proceskæden. Der søges også, ved den givne problemformulering, undersøgt hvordan denne anvendelse kan bidrage til den danske husdyrgødningsbaserede biogasudbygning. Med bidrage menes halmens værdi sat i forhold til anvendelsen i mark-til-mark perspektivet og skal forstås som; værdi for biomasseleverandører og gødningsaftagere i landbruget, værdien for bidraget til de danske klimamålsætninger, samt det økonomiske bidrag til anlægs- og driftsøkonomi i de danske biogasanlæg. 16

17 Indledning Arbejdsspørgsmål& For at besvare problemformuleringen er der blevet udarbejdet 11 arbejdsspørgsmål. Arbejdsspørgsmålene er struktureret efter hovedkomponenterne i en feasibility analyse, jf. kapitel 3. Arbejdsspørgsmålene er derfor opdelt i 2 undersøgelsesområder; en teknisk analyse og en økonomisk analyse, der tilsammen udgør en feasibility analyse. 1. Teknisk analyse - Kortlægning af og redegørelse for potentialet ved anvendelse af halm til biogasformål a. Hvilke rammevilkår og politiske målsætninger er opstillet for biogasproduktion i Danmark og hvilken betydning har disse for anvendelsen af halm til biogasproduktion? b. Hvilken biogasanlægsteknologi er den mest anvendte i Danmark? c. Hvilken betydning har anvendelsen af halm til biogasproduktion for biogasproduktionen i danske husdyrgødningsbaserede biogasanlæg? d. Hvilke halmtyper og hvilken forbehandlingsgrad har størst potentiale for anvendelse til biogasproduktion i Danmark? e. Hvordan kan biogasproduktion baseret på halm og husdyrgødning bidrage mest muligt til de danske klimamålsætninger? f. Hvordan kan ressourcegrundlaget for halm og husdyrgødning i det danske landbrug, understøtte den danske biogasudbygning? g. Hvilken betydning har anvendelse af halm til biogasproduktion i husdyrgødningsbaserede biogasanlæg for udbringningen af gødningsproduktet afgasset biomasse? 1. Økonomisk analyse - Analyse af anlægs- og driftsøkonomien ved anvendelse af halm til biogasformål. h. Hvordan kan anvendelsen af halm bidrage til anlægs- og driftsøkonomien i danske husdyrgødningsbaserede biogasanlæg? 17

18 Indledning i. Hvilken faktorer har betydning for anlægs- og driftsøkonomien ved anvendelse af halm til biogasformål i husdyrgødningsbaserede biogasanlæg? j. Hvilken driftsrisiko kan der forventes ved biogasproduktion baseret på halm og husdyrgødning? 18

19 Indledning 1.2 Specialets afgrænsninger Specialet omhandler feasibiliteten ved at fremme anvendelse af halm i eksisterende og nye biogasanlæg med fokus på forbehandling og håndtering af halm. Derudover er de økonomiske betingelser for biogasproduktion, med anvendelse af halm som biomasse, studeret. Specialet afgrænser sig fra at undersøge, hvilken effekt anvendelsen af energiafgrøder vil have for landbruget, biogassektoren samt klimaet. Fokus i specialet er muligheden for at anvende halm til biogasformål, da regeringen jf. tillægsbetænkningen ønsker at reducere anvendelsen af energiafgrøder til biogasformål i fremtiden (Energistyrelsen 2012a). Jf. kapitel Specialet afgrænser sig også fra at undersøge anvendelse af andet organisk affald f.eks. fra fiskeri og industri. Dette skyldes, at de eksisterende gyllebaserede biogasanlæg i dag anvender betydelige mængder industriaffald og der derfor er stor konkurrence på organisk affald til danske biogasanlæg (energistyrelsen 2012a). Ved en udbygning af biogas forventes denne konkurrence at stige og da industriaffaldsressourcerne er stort set fuldt udnyttet, stiller denne øgede udbygning af biogas krav til, at der skabes økonomi i alternative biomasseressourcer, såsom halm (Energistyrelsen 2012a). I specialets Case kapitel 4 angives det, at analysen, for udnyttelsen af halm til biogasformål, fokuserer på én forbehandlingsteknologi. Forbehandlingsteknologien anvendt i dette speciales analyser er pulverisering af halm med hammermølle. Dette medfører, at andre forarbejdningsteknologier ikke analyseres. Specialet systemafgrænsning er visuelt præsenteret i Figur 1. Figur 1: Systemafgrænsning & 19

20 Indledning 1.3 Projektdesign Det følgende er en introduktion til specialets opbygning og hvordan feasibility analysen er med til at strukturere analysen i de to overordnede analyse områder, som er styrende for henholdsvis den tekniske analyse og den økonomiske analyse., jf. kapitel 1.1. Derudover præsenteres specialets projektdesign som en visualisering af specialets opbygning fra A-Z, hvilket skal give læseren et overblik over de i specialet behandlede emner, se Figur 2. De første kapitler. Kapitel 1 og 2 indledning og metode er koncentreret omkring problematikken samt opbygningen af dennes besvarelse og leder videre til de konkrete analyse metoder, som er anvendt i feasibility analysen, kapitel 3. I analyserne i specialet er der således fokus på de tekniske, såvel som de økonomiske aspekter ved anvendelse af halm til biogasproduktion. De tekniske analyser kortlægger potentialet for biogasproduktion baseret på halm. De centrale emner er; Dansk biogasproduktion og teknologien bag biogasproduktion baseret på halm. Med hensyn til biogasproduktion baseret på halm er der fokus på forbehandling af halm og der forligger en beskrivelse af den valgte forbehandlingsmetode, se også kapitel 1. Ydermere undersøges de tilhørende metanpotentialer ved denne forbehandlingsmetode gennem udrådningsforsøg udført i forbindelse med specialet, se kapitel Derudover undersøger specialet i den tekniske analyse de mulige effekter, som en ændring i den afgassede biomasse vil have for udbringning af den afgassede biomasse som gødningsprodukt. De samlede tekniske analyser danner derved grundlag for at kunne identificere potentialet for udnyttelse af halm til biogasproduktion. I de økonomiske analyser er der fokus på anlægs- og driftsøkonomien, som analyseres med analysemetoderne dækningsbidrags-, følsomheds- og break-even analyser, se kapitel 3.2. Dette skal bidrage til at identificere de generelle forudsætninger for afgasning af halm i biogasanlæg, hvordan anvendelsen af halm som biomasse input påvirker anlægs- og driftsøkonomien, følsomhedsgraden overfor ændringer i de økonomiske forudsætninger, samt en vurdering af driftsrisikoen. De samlede analysers delkonklusioner samles i konklusionen til besvarelse af problemformuleringen i kapitel 7 20

21 Indledning Figur 2: Projektdesign 21

22 Metode 2 Metode Specialet omhandler feasibiliteten for at indfri et nyt potentiale for dansk landbrug og biogas, i form af udnyttelse af halm til biogasproduktion. Feasibility analysen af dette nye koncept bygger på tekniske og økonomiske aspekter. I det følgende kapitel gøres der rede for den metodiske proces ved besvarelse af problemformuleringen. Der redegøres for den metodiske analyse af problemfeltet og for indsamlingen af egen empiri og litteratur til specialet. 2.1 Empiriens rolle for analysen For en fyldestgørende besvarelse af problemformuleringen har det været nødvendig med to metodiske tilgange til vidensindsamling; 1) litteratur og statistik samt 2) forsøg, interviews og økonomiske beregninger. I det følgende vises metodevalget for vidensindsamlingen i forhold til problemformuleringens arbejdsspørgsmål, nogle af arbejdsspørgsmålene vil kunne findes i begge metodiske tilgange. 1) Vidensindsamling via litteratur og statistik anvendes til beskrivelse og bestemmelse af: - a) Hvilke rammevilkår og politiske målsætninger er opstillet for biogasproduktion i Danmark og hvilken betydning har disse for anvendelsen af halm til biogasproduktion? - b) Hvilken biogasanlægsteknologi er den mest anvendte i Danmark? - c) Hvilken betydning har anvendelsen af halm til biogasproduktion for biogasproduktionen i danske husdyrgødningsbaserede biogasanlæg? - e) Hvordan kan biogasproduktion baseret på halm og husdyrgødning bidrage mest muligt til de danske klimamålsætninger? - f) Hvordan kan ressourcegrundlaget for halm og husdyrgødning i det danske landbrug, understøtte den danske biogasudbygning? - g) Hvilken betydning har anvendelse af halm til biogasproduktion i husdyrgødningsbaserede biogasanlæg for udbringningen af gødningsproduktet afgasset biomasse? 2) Vidensindsamling via udrådningsforsøg til vurdering af metanpotentialer og den afgassede biomasses sammensætning, interview med eksperter og praktikere i biogasbranchen samt økonomiske beregninger for anlægs- og driftsøkonomi, anvendes til oparbejdelse af direkte viden om udnyttelse af halm som biomasseressource til biogasformål i følgende underspørgsmål: 22

23 Metode - d) Hvilke halmtyper og hvilken forbehandlingsgrad har størst potentiale for anvendelse til biogasproduktion i Danmark? - g) Hvilken betydning har anvendelse af halm til biogasproduktion i husdyrgødningsbaserede biogasanlæg for udbringningen af gødningsproduktet afgasset biomasse? - h) Hvordan kan anvendelsen af halm bidrage til anlægs- og driftsøkonomien i danske husdyrgødningsbaserede biogasanlæg? - i) Hvilken faktorer har betydning for anlægs- og driftsøkonomien ved anvendelse af halm til biogasformål i husdyrgødningsbaserede biogasanlæg? - j) Hvilken driftsrisiko kan der forventes ved biogasproduktion baseret på halm og husdyrgødning? Litteratur Der er i specialet, som ovenfor angivet, inddraget litteratur for at kunne beskrive og bestemme rammevilkår, ressourcegrundlag, biogasprocesser samt gødningsproduktet ved anvendelsen af halm som biomasseressource til biogasproduktion i Danmark. Derudover har litteraturen bidraget til at kortlægge de tekniske problemstillinger for denne udnyttelse. Anvendelse af litteratur har sin fordel i dets tilgængelighed, men der er enkelte ting, som det er nødvendigt at tage højde for ved anvendelse af litteratur. Anvendelse af udregninger, overvejelser og konklusioner fra andre rapporter tager typisk udgangspunkt i, og bliver bearbejdet ud fra, en specifik kontekst, som ikke nødvendigvis tager udgangspunkt i dette speciales specifikke problemstilling. Dette bevirker, at det kan være svært at finde konkret og sikker viden og der er derfor taget højde for dette i udvælgelsen af materiale. En anden problemstilling er, at teoretiske udregninger og virkelighed ikke altid stemmer overens. I specialet er det valgt, så vidt muligt, at sammenligne data fra litteraturen med egen empiri, særligt fra forsøgene med metanpotentialer og sammensætningen af den afgassede biomasse Statistik Anvendelsen af statikstik sker på bagrung af et behov for kvantitativ data til analysen og anvendes hovedsageligt til kortlægning af ressourcegrundlaget for halm i Danmark. Danmarks statistik Statistikbanken er den overvejende kilde til de kvantitative data Forsøg Det er i specialet fundet vigtigt at udarbejde og gennemføre en række laboratorieforsøg med hensyn til udrådning af halm. De gennemførte udrådningsforsøg indeholder bestemmelse af metanpotentialer og metanudbytter, som har særlig stor betydning for anlægs- og driftsøkonomien, samt udrådningsforsøg til bestemmelse af det tilbageværende kulstof i den afgassede biomasse, hvilket har indflydelse på gødningsproduktet, den afgassede biomasse. I det følgende foreligger en kort præsentation af specialets udrådningsforsøg. 23

24 Metode Navn Formål Forsøgs- Række/Nr. Metanpotentiale forsøg Række 1 Bestemmelse af metanpotentialer ved forskellige halmtyper Bestemmelse af det specifikke metanpotentiale ved udrådning af forskellige halmtyper Nr.1.1 Samudrådning af vårbyg og svinegylle Bestemmelse af metanpotentialer ved samudrådning af vårbyghalm, formalet på hammermølle til en partikelstørrelse < 0,5 mm, og svinegylle. Nr. 1.2 Betydningen af formalingsgrad for metanpotentiale Bestemmelse af metanpotentialer ved varierende formalingsgrad, partikelstørrelser Nr. 1.3 Kulstofforsøg forsøgs nr. 2 Række 2 Kulstoftilbageførelse fra afgasset halm til landbruget Screene for evt. jordforbedrende egenskaber ved udbringning afgasning af halm i gødningsproduktet ses i forhold til generelle antagelser omkring jordforbedring Nr. 2.1 Udrådningsforsøg, række 1 er udført som batchforsøg (BMP) af forfatteren i samarbejde med Nils Lass Rasmussen (diplomingeniør, Kalundborg Kommune) på forsknings- og udviklingscenteret - Grøn Center. BMP-forsøgsrækken er udført med henblik på at levere data til vurderingen af metanpotentialer på bagrund af halmtype samt forbehandlingsgrad. Resultaterne fra BMP-forsøg 1.1 er anvendt til at udvælge den halmtype, med det højeste metanpotentiale, som derefter videre undersøges ved kontinuerlige udrådningsforsøg (CSTR) udarbejdet af Det Nationale Center for Fødevare og Jordbrug - Foulum. CSTR-forsøgenes resultater anvendes i den økonomiske analyse til vurdering af anlægs- og driftsøkonomien ved anvendelse af halm til biogasformål. Derudover anvendes resultaterne også til at bestemme drivhusgasreduktionspotentialet for et biogasanlæg, der er dimensioneret efter specialets case, kapitel 1. BMP-forsøg 1.2 er udført med henblik på at bestemme eventuelle synergieffekter ved samudrådning af vårbyghalm og svinegylle. Derudover leverer BMPforsøg 1.2 også et grundlag for sammenligning af og forholdet imellem metanpotentialerne ved henholdsvis svinegylle og vårbyghalm. BMP-forsøg 1.3 leverer data, der belyser betydningen af formalingsgradens indvirkning på metanpotentialet, hvilket er anvendt i forhold til bestemmelse af omkostninger forbundet med forbehandling af halm. Udrådningsforsøg, række 2 er også udført som BMP-forsøg og anvendes til bestemmelse af kulstofindholdet i afgasset halm. BMP-forsøgs 2.1 er udført på Roskilde Universitet af forfatteren i samarbejde med laborant Katrine Bøg. Biomassen er analyseret på et CHN instrument før og efter afgasning og CHN analyserne anvendes til bestemmelse af grundstofsammensætningen med hensyn til indhold af kulstof (C), brint (H) og kvælstof (N) i 24

25 Metode biomassen. Grundstofsammensætningen i den afgassede biomasse har betydning for gødningsproduktet, den afgassede biomasse Økonomiske beregninger De økonomiske beregninger bygger på dækningsbidragsanalyser. Metoden til de økonomiske analyser bliver præsenteret i kapitel 3.2 Analysemetoder: Økonomisk analyse Interview Igennem litteraturstudiet blev nogle problemstillinger og potentialer identificeret, hvilket gav grundlag for videre overvejelser, som afledte et behov for indsamling af empiri via interviews for at oparbejde mere specifik viden, til besvarelse af problemformuleringen. Interviewets&formål& Den samlede detaljerede information fra det personlige interview skal give indblik og viden om interviewedes egen vurdering af det bestemte emne. Interviewets formål er derfor at give mulighed for at gå bag om de ekspertvurderinger, som er indsamlet via litteraturen. Derudover kan interviewet give en supplerende viden eller indsigt, der ikke ville kunne være opnået gennem et litteraturstudie (Kvale 2009). Interview&metode&& De i specialet gennemførte interviews er udført på baggrund af Kvales: Interview - En introduktion til det kvalitative forskningsinterview. Her beskrives flere forskellige stadier for undersøgelser med brug af interview. Disse stadier er brugt som fundament for, hvilken interviewmetode der anvendes. Ikke alle stadier, emner og perspektiver fra Kvales metodebog er relevante for interviewene og derfor er kun enkelte udvalgt. Tre stadier er benyttet: - Interview - Tematisering - Design Interview&& Brugen af Interviewdesign er medtaget for at minimere eventuelle faldgruber, som kan opstå i forbindelse med interview (Kvale 2009). Derudover er der også udarbejdet en interviewguide til hvert interview, som er tilsendt interviewede på forhånd og fungerer som rettesnor under interviewene. 25

26 Metode Tematisering&& Interviewet er delt op i to dele; en data- og en erfaringsdel (kvantitativ- og kvalitativ del). Dette valg er foretaget med henblik på, at udnytte den interviewede som ressource til data samt egen vurdering af anvendelsen af halm til biogasformål. Dette medvirker til, at interviewene både er baseret på determinerede spørgsmål til den kvantitative del og mere åbne spørgsmål til den kvalitative del. Denne todeling af interviewene krævede stor indsigt og viden indenfor det specifikke emne, fordi intervieweren på forhånd skulle vide hvilke data, der ville være relevante for analysen, og for at interviewer kunne indgå i en dialog med den interviewede, og dermed få adgang til den specifikke viden den interviewede besidder (Kvale 2009). Viden om de specifikke emner er opnået gennem et litteraturstudie, hvor rapporter om biogas generelt, samt rapporter om politiske strategier og målsætninger har haft en betydelig vægt. Derudover har vidensindsamling om metoder til batchforsøg og håndtering af halm haft høj prioritet før interviewene skulle gennemføres. Design&& Interviewene har som ovenfor nævnt en kvantitativ- og en kvalitativ del. Målet er, at opnå viden om konkrete data samt viden om den interviewedes meninger. Den kvantitative del bestod, som tidligere nævnt, af determinerede spørgsmål og den kvalitative del af åbne spørgsmål. De åbne spørgsmål gav intervieweren mulighed for at stille reflekterende spørgsmål og sikre, at der var en fælles forståelse for koncept osv. mellem interviewer og den interviewede (Kvale, 2009). Interview&Personer& En kort præsentation af de interviewedes baggrund, vil indirekte illustrere validiteten af de personer, der er valgt til interviews og give læseren viden om hvilket diskussionsniveau, der kan forventes af interviewet (Kvale 2009). Bånlev&Biogas,&Trige& Arne Jensen Direktør Foulum&Forskningsanlæg,&Århus&Universitet& Henrik Bjarne Møller Senior Forsker Fontaine Doline Master student at University of Dijon Interviewguide&& Interview guide Arne Jensen; Bilag 2 Interview guide Henrik Bjarne Møller & Fontaine Doline ; Bilag 3 26

27 Analyse metoder 3 Analyse metoder: Feasibility analyse I dette kapitel redegøres der for feasibility analysen, som i specialet virker som struktur for analysen og bygger på en række forudsætninger som undersøges i de to hovedområder den tekniske og den økonomiske analyse jf. Figur 2. Feasibility analysen tager udgangspunkt i udvalgte begreber udarbejdet af Matson 2000 og Brockhouse et al Feasibility analysen anvendes til at bestemme potentialet eller feasibiliteten ved etablering af nye biogasanlæg, eller ved ændrede forudsætninger for etablerede biogasanlæg (Brockhouse et al. 2010). Feasibility analysen er derfor typisk et af de tidligste studier for en given case, hvor alle forudsætninger og sammenspillet mellem disse analyseres (Brockhouse et al. 2010). Resultatet af en feasibility analyse er en vurdering af om et givent biogas projekt er teknisk- økonomisk feasible (Brockhouse et al. 2010). Feasibility analysen kan medvirke til at give planlæggere, investorer og iværksættere et udgangspunkt for dialog og tekniskøkonomisk viden til den videre planlægningsproces (Matson 2000). I det følgende beskrives analyseredskaberne for de to hovedområder, der tilsammen udgør feasibility analysen: - Kapitel 5 den teknisk analyse - kortlægning af og redegørelse for potentialet ved anvendelse af halm til biogasformål med udgangspunkt i et mark-til-mark princip. - Kapitel 6 den økonomisk analyse - Analyse af anlægs- og driftsøkonomien ved anvendelse af halm til biogasformål. 3.1 Analyse metoder: Teknisk analyse Formålet med den tekniske analyse er at kortlægge og redegøre for potentialet ved anvendelse af halm til biogasformål samt hvordan anvendelse og forbehandling af halm kan optimere biogasprocessen. Dette vil blive beskrevet i det følgende, samt en intro til metoderne. Dette kapitel vil derfor beskrive hvordan analyse metoden feasibility analyse vil blive anvendt i analysen i kapitel 5.1, 5.2 og Analyse metoder: Kapitel 5.1 I kapitlet er fokus på Biogas i dag og i fremtiden og kapitel bygger hovedsageligt på et litteraturstudie. Kapitlet indeholder en analyse af biogasudbygningen fra samt den forventede biogasudbygning frem mod Afsnittet giver derudover en beskrivelse af de danske støtte- og tilskudsordninger til biogasproduktion. Kapitlet har til formål at bidrage med viden omkring den nuværende udvikling inden for biogasproduktion og den danske støtte- og tilskudssammensætning.

28 Analysemetoder Analyse metoder: kapitel 5.2 Kapitel 5.2 har fokus på Biogas fra halm og giver en teknisk beskrivelse af et typisk dansk biogasanlæg og processerne i biogasanlæggets reaktortank. Derudover evalueres behovet for forbehandling af halm og der gennemføres eksperimentelle laboratorieforsøg med det formål at bestemme hamtypernes og forarbejdningsgradens indflydelse på metanpotentialer og metanudbytte. Kapitlet bygger derfor på litteratur, interview og forsøg Udrådningsforsøg 1.1, 1.2 og 1.3 til bestemmelse af metanpotentialer samt metanudbyttetr, er i specialet konstrueret som laboratorieforsøg af forfatteren, i samarbejde med henholdsvis Grøn Center samt Det Nationale Center for Fødevare og Jordbrug - Foulum. Formålet er at resultaterne skal dannegrundlag for specialets konklusioner mht. potentialer for og optimering af anvendelsen af halm til biogasformål. Resultaterne bliver dernæst benyttet i specialets økonomiske analyse. Dette med henblik på at skabe teknisk viden om udnyttelse af halm til biogasformål samt hvordan dette har indflydelse på anlægs- og driftsøkonomien Analyse metoder: kapitel 5.3 Kapitlet fokuserer på landbruget rolle som leverandør og aftager af biomasse. Kapitlet indeholder en beskrivelse af regler og regulering for anvendelsen af biomasse til biogasformål på nationalt- og EU-plan, hvilket hovedsageligt er baseret på et litteratur studie. Derudover kortlægges ressourcegrundlaget for anvendelse af halm og husdyrgødning til biogasformål ud fra statistik og litteratur. Anvendelsen af den afgassede biomasse er et centralt emne i dette kapitel. Værdien af den afgassede biomasse analyseres med hensyn til udbringning, som gødnings produkt. Udrådningsforsøg 2.1, skal bidrage til bestemmelse af kulstofindholdet i den afgassede biomasse, hvilket har indflydelse på gødningsproduktet, den afgassede biomasse. Forsøgsresultaterne anvendes i analysen af konsekvenserne ved en ændret grundstofsammensætning af den afgassede biomasse med fokus på forholdet mellem C og N. Restproduktet fra biogasproduktionen med anvendelse af halm, afgasset biomasse, kan have en ændret værdi for landbruget, når biomassen tilbageføres som gødning. Dette understreger vigtigheden i at anskue anvendelsen af halm til biogasformål i et mark-til-mark perspektiv, jf. kapitel 5.3.5, for at kunne identificere mulige barrierer eller ikke belyste potentialer for udnyttelsen af halm til husdyrgødningsbaserede biogasproduktion. 3.2 Analysemetoder: Økonomisk analyse Samlet anvendes de i specialet anvendte analyse metoder til at vurderer de økonomiske potentialer, risici og barrierer ved anvendelse af halm til biogasformål. Hvordan analyse metoderne supplere hinanden vil kort blive introduceret i det følgende. At tage energiprojekter fra ide til virkelighed er en kompleks proces, som bør baseres på analyse metoder, der kan medvirke til udviklingsprocessen af den givne teknologi 28

29 Analysemetoder (Brockhouse et al. 2010). Derfor inddrages information og resultater, der er indsamlet i den tekniske analyse i den økonomiske analyse. Den økonomiske analyse suppleres af interviews og litteratur. Den økonomiske analyse indeholder dækningsbidrags-analyse, følsomhedsanalyse og break-evenanalyse. Analyse metoderne supplere hinanden på følgende måder: Dækningsbidrags-analysen bidrager til vurdering af anlægs- og driftsøkonomien ved anvendelse af halm til biogasformål og suppleres med følsomhedsanalyser. Denne del analyse metode vil blive beskrevet i kapitel Følsomhedsanalyserne bidrager med viden om, hvilke forudsætninger, der ved ændring på +/- 20 %-point er særligt kritiske eller gunstige i forhold til anlægs- og driftsøkonomi. Denne del analyse metode vil blive gennemgået i kapitel 0. Break-evenanalysen bygger videre på data fra dækningsbidragsanalysen og bidrager til en vurdering af driftsrisiko. Denne del analysemetode vil blive gennemgået i kapitel Analysemetode: Budgettering I det følgende redegøres der for anvendelsen af budget analyserne step-by-step. Hvorvidt en investering er feasible kan analyseres med budgetundersøgelser. Budgetter udarbejdes af virksomheder som et planlægningsværktøj, der giver et håndgribeligt estimat af virksomhedens iindtægter samt udgifter (Proctor et al. 2004). Cambridge Dictionary definerer et budget således: A plan to show how much money, a person or organization will earn and how much they will need or be able to spend (Cambridge Dictionary: 2014) Analyseværktøjet budgettering skal derfor anskues som hjælp til planlægger m.fl. til analyse af den økonomiske effekt ved ændrede processer eller nye investeringer (Shim et al. 2011). Budgetteringer særligt egenet til at bestemme effekten af ændringer i forudsætninger, såsom variable udgifter, faste udgifter og indtægter på den samlede anlæg- og driftsøkonomi. Med Dækningsbidrag1 (DB1) analyseres de biomasse specifikke omkostninger i forhold til de biomasse specifikke indtægter. Eksempelvis omkostninger / indtægter forbundet med halm. Dette gør det muligt at analysere den specifikke biomasses bidrag til dækning af anlægs- og driftsomkostningerne (Shim et al. 2011). 29

30 Analysemetoder I DB2 analyseres de vægtede samlede dækningsbidrag fra de specifikke biomasser, altså DB1 a + DB1 b +. DB1 n, i forhold til anlægs- og driftsomkostningerne, hvilket muliggør analyser af biogasanlæggets samlede anlægs- og driftsøkonomi og dermed driftsresultat. Den anvendt metodik i dækningsbidragsanalyserne og er visualiseret i Figur 3. Figur 3: Dækningsbidragsdiagram For yderligere specifikation af metoden se bilag 4 30

31 Analysemetoder Analyse metode: Følsomhedsanalyse Resultatet for anlægs- og driftsøkonomien DB2 er baseret på de specifikke forudsætninger. De valgte forudsætninger, der analyseres i følsomhedsanalysen er udvalgt på baggrund af informationer indsamlet i den tekniske analyse og er: - Halm input (TS% i biomasse sammensætningen) - Halmpris - Varmetab - Anlægsinvesteringer - Metanudbytte fra halm - Forbehandlingsomkostninger I følsomhedsanalysen, påvirkes et udvalg af disse forudsætninger med en variation på +/- 20 %-point, og effekten af dette på det endelige resultat viser derved anlægs- og driftsøkonomiens følsomhed over for en given forudsætning. Dækningsbidragsanalysen vurderes ud fra analysen af ét ton biomasse, der tilgår biogasanlægget og analysen er bygget således op, at udgifter samt indtægter fordeles på den enkelte biomasse. Dette bevirker, at følsomhedsanalysen kan opbygges relativt simpelt ved at de ændrede forudsætninger indsættes i dækningsbidragsanalysen. Resultatet af følsomheden over for den specifikke forudsætningsændring vises derved i DB2 analysen, som det ændrede anlæg- og driftsøkonomiske resultat set i forhold til 0-ændrings resultatet. Denne opbygning er valgt for at kunne anvende resultaterne fra den økonomiske analyse i et procesoptimerende perspektiv, hvor ændringen i de specifikke forudsætningers påvirkning af det endelige resultat analyseres i forhold til den relativ påvirkning af det anlægs- og driftsøkonomiske resultat DB Analyse metode: Break-Even analyse Situationen, hvor anlægget rammer break-even repræsenterer det punkt, hvor de totale indtægter er lig med de totale udgifter. Det fastsætter et minimum for anlæggets salgsvolumen for at skabe balance i regnskabet. Salgsvolumen er biogasanlæggets totale salg af varme og el, eller gas. Et et lavt break-even punkt sikrer en lav driftsrisiko (Shim et al. 2011). Break-even punktet vises grafisk (Shim et al. 2011). På y-aksen plottes data fra budgetanalysen; indtægter, variable udgifter og faste udgifter i enheden DDK. På x-aksen angives antal behandlede ton biomasse. Break-even punktet vil optræde der, hvor de akkumulerede indtægter (DB2 i DKK/ton) møder de akkumulerede totale anlægs- og driftsomkostninger (VC+FC), et eksempel vises i Figur 4 31

32 Analysemetoder Figur 4: Break-even metode & 32

33 Case 4 Case Specialet anvender en teoretisk case, som er baseret på viden opnået i gennem den tekniske analyse, da der ikke er eksisterende biogasanlæg i Danmark, som kører et kommercielt fuldskala-anlæg med halm som den primære tørstofkilde. Det er i specialet valgt at anvende en case med det formål, at kunne udføre specifikke beregninger for anlægs- og driftsøkonomi, værdi af gødningsprodukt samt reduktion af drivhusgasudledninger. Dermed kan specialet, ud fra den konstruerede teoretiske case, bestemme de overordnede forudsætninger, potentialer og barrierer ved etablering af nye husdyrgødningsbaserede biogasanlæg, der anvender halm som primær tørstofkilde. Derudover bidrager casestudier til at udvikle en mere nuanceret virkelighedsopfattelse af emnet, hvilket har været afgørende for specialet (Flyvbjerg 1991). Dette fordi flere problemstillinger ikke kunne være afdækket uden den konkrete kontekstafhængige vidensopbyggelse, opnået via case tilgangen. Her skal særligt nævnes feasibility undersøgelsen. Casen er opbygget omkring viden om forbehandling af halm primært indhentet i samarbejde med EUROmilling A/S og gennem erfaringer fra eksisterende biogasanlæg. Casen tager udgangspunkt i procesdiagram for forbehandlingssystem, anlægssystem samt afsætningsmuligheder. I det følgende præsenteres disse procesdiagrammer step-by-step Forbehandlingssystem Procesdiagrammet for forbehandlingssystemet starter ved ankomsten af halmballer til anlægget. Halmen stables på lager, så det let kan overflyttes til transportbåndet. Transportbåndet skal have en længde, hvorved forbehandlingssystemet kan køre kontinuerligt i døgndrift, så opriveren konstant fødes med halmballer af transportbåndet. Bindesnore skal fjernes manuelt ved placering på transportbånd. Opriveren udfører en let neddeling af halmen, som derefter overføres til den sekundære hammermølle via snegl. Den sekundære hammermølle snitter halmen til en størrelse på ca mm, der herefter kan fintformales på den primære hammermølle til den ønskede partikelstørrelse. Halmen blæses fra den sekundære hammermølle til den primære hammermølle via en cyklon, som har til formål at frasortere stenrester. Ydermere bliver større sten, som har passeret opriveren frasorteret i en stenfælde mellem opriver og sekundær hammermølle. Den primære hammermølle består af en hammermølle med underbeholder med udtrækssnegl, filter for rensning af luft samt en undertryksventilator. Det fintformalede halm blandes i en pre-mixer med husdyrgødning til en vådopløsning, der kan overføres til biogasanlæggets blandetank. Forbehandlingssystemet er illustreret ved et procesdiagram i Figur 5.

34 Case Figur 5: Case forbehandlingssystem Anlægssystemet Husdyrgødningen, såsom svine- og kvæggylle, ankommer til anlægget i tankbiler og overføres til en modtagetank. Modtagetanken er i casen dimensioneret til at kunne indeholde 5 dages produktion. Efter modtagetanken blandes gyllen med den forbehandlede halm i en blandetank, hvor det opvarmes til > 35 C og < 42 C mesofiludrådning og herfra pumpes den endelige biomassesammensætning over i reaktoren. Det er vigtigt, at biomassen er flydende og dermed pumpbar, da al transport i anlægssystemet foregår i lukkede rørsystemer. I reaktortanken forløber udrådningen af biomassen over en gennemsnitlig periode på ca. 3 uger (20 dage). Biogassen renses for svovl og overføres til gaslageret. Den afgassede biomasse overføres til efterudrådningstanken, hvor en efterudrådning finder sted. Biogassen fra efterudrådningstanken opsamles og sendes samme vej som gassen fra reaktortanken. Den sekundære biogasproduktion er ikke ubetydelig, men medregnes ikke i anlæggets samlede gasproduktion. Den afgassede biomasse leveres tilbage til landbruget som gødningsprodukt. Anlægssystemet er illustreret i Figur 6. 34

35 Case Figur 6: Case anlægssystem Til opbygning af casen stilles en række krav, som er bestemmende for forudsætningerne for anlægstype og dimensionering. Disse er følgende: - Anlægget skal være et CSTR anlæg og skal kunne håndtere halm som biomasse input - Biomasseinputtet fra husdyrgødning er 60 % svinegylle og 25 % kvæggylle af det samlede input - Halm udgør 10 % det samlede input - Energiafgrøder udgør 5 % af det samlede input - transportafstanden mellem biogasanlæg og husdyrbedrift må ikke overstige 20 km tur/retur - Metanudbyttet fra anlægget skal have et minimumsvolumen på 10 mio. m 3 /år. Dette giver et anlæg, der håndterer ca. 550 ton biomasse pr. dag og har følgende forudsætninger i forhold til anlægsomkostninger, beregnet ud fra data fra energistyrelsens energikatalog Technology Data for Energy Plants - Generation of Electricity and District Heating, Energy Storage and Energy Carrier Generation and Conversion. & Forudsætninger Enheder Biomasse ton pr. år ton Gasproduktion Nm3 Anlægs investering DKK Investering i motoranlæg DKK Investering opgraderingsanlæg DKK (Kilde: Energistyrelsen 2014c) 35

36 Case Afsætningskoncepter Der arbejdes i specialets case med to afsætningskoncept; kraftvarmeproduktion og opgradering af biogassen til naturgaskvalitet. 1. Biogassen udnyttet til kraftvarmeproduktion (KV) via gasmotor, hvor der produceres el og varme. Varmen kan distribueres i et lokalt fjernvarmenet og biogasanlægget kan derved producere varme til mindre byer, eller evt. til et større fjernvarmenet omkring de større byer (Energistyrelsen 2014a) En af udfordringerne ved distribution af energien i biogas via KV er et faldende varmebehov i sommerperioden (Energinet.dk 2010). El produceret på KV biogasanlæg distribueres i el-nettet, hvor der ikke er samme udfordringer, da elektriciteten kan aftages til alle tider (Energinet.dk 2010). 2. Formålet med opgradering af biogas til naturgaskvalitet er, at biogassen kan distribueres i naturgasnettet og derved opnå et større afsætningsmarked, hvilket kan sikre større fleksibilitet og derved mindre tab (COWI 2013). Denne løsning er særligt attraktiv i områder, hvor varmebehovet ikke kan understøtte et KV anlæg og energitabet i sommerperioden, til bortkøling af varmen, udfordrer eller helt fjerner grundlaget for et KV biogasanlæggets (Energistyrelsen 2014a). Figur 7: Case afsætningsmuligheder 36

37 Teknisk analyse 5 Teknisk analyse 5.1 Biogas i dag og i fremtiden Som beskrevet i problemfeltet viser tidligere energiaftaler og energipolitiske visioner en stærk prioritering af den danske omstilling mod en energiproduktion baseret på vedvarende energi. Dette ses bl.a. i energiaftalen fra 2008, der dækkede perioden , som satte energisparemål og forbedrede vilkårene for vindmøller og anden vedvarende energi som biomasse og biogas (Energiaftalen 2008). Flere efterfølgende tiltag som Grøn Vækst fra 2009, der er en energipolitisk vision fra den daværende VK-regering om at skabe en vækstplan, hvor miljø-, klima-, og naturbeskyttelse gik hånd i hånd med moderne og konkurrencedygtig landbrugs- og fødevareproduktion og Vores Energi fra 2012, der er et energiudspil fra den nuværende regering, hvor visionen om et fossilfrit Danmark i 2050 introduceredes (Vores Energi 2011), har løbende forbedret de politiske og økonomiske vilkår for produktion af vedvarende energi i Danmark (Grøn Vækst 2009). I energiaftalen fra 2012 er visionen bl.a. at skabe bedre rammebetingelser for biogasudbygningen, så der kan gennemføres en ambitiøs udbygning med biogas i Danmark. For at sætte denne udbygning på rette spor og muligøre den i Grøn Vækst fremsatte vision om at udnytte 50 % af husdyrgødning til biogasproduktion omfatter aftalen bl.a. (Energiaftalen 2012): - At den eksisterende støtte til biogas til kraftvarme øges. - At andre muligheder for anvendelser af biogas I naturgasnettet, I virksomheders proces eller I transportsektoren gøres økonomisk attraktive med en række tilskud. - At anlægsstøtten øges. (Energiaftalen 2012) Der har altså været en utvetydig vision fra skiftende regeringer for, at biogas skal spille en rolle i vores fremtidige energisystem og skal bidrage til Danmarks ambitiøse klimamål på 40 % CO 2 reduktion i Visionerne har understøttet en voksende interesse for biogas, hvilket bl.a. har medført en øget konkurrence på marked for organisk industriaffald og til følge heraf stigende priser. Samtidigt har finanskrisen siden 2008 medført at flere virksomheder har effektiviseret deres ressourcestrømme eller har flyttet produktion til udlandet, hvilket har medført et faldende udbud for industriaffald. Biogasanlæg i Danmark søger derfor nye organiske restprodukter, såsom halm, for at sikre et acceptabelt tørstofindhold i biogasanlæggenes biomassesammensætning (int. Jensen min)

38 Teknisk analyse Etablerede biogasanlæg i Danmark Biogas i Danmark produceres hovedsageligt på husdyrgødningsbaseret biogasanlæg enten på gårdanlæg eller fællesanlæg. Disse anlæg forarbejder ca. 2,5 mio. ton husdyrgødning, der sammen med biomasse input som organisk affald og andre biomasser producerer ca. 3,1 PJ biogas. Den samlede biogasproduktion i Danmark udgør, udover de husdyrbaserede biogasanlæg, også biogasproduktion fra industrianlæg, lossepladsanlæg og rensningsanlæg og den samlede danske biogasproduktion er ca. 4,3 PJ. På Figur 8: Biogasanlæg i Danmark illustreres placeringen af biogasanlæg i Danmark primo Biogasanlæggene er illustreret efter type og produktionsstørrelse, farven indikerer typen og størrelsen på cirklen indikerer produktionsstørrelsen (Energistyrelsen 2014a). Figur 8: Biogasanlæg i Danmark (Energistyrelsen 2014a) Biogasproduktionen har i Danmark været svagt opadgående siden år 2000 og særligt de husdyrgødningsbaserede biogasanlæg har gennem etablering af nye anlæg og optimering af 38

39 Teknisk analyse biogasudbyttet øget biogasproduktionen (bilag 17),(Kjær 2013). Figur 9: Udviklingen i biogasproduktion i Danmark illustrerer den øgede biogasproduktion i Danmark fra år 2000 og frem i PJ. Det ses, at biogasproduktionen fra de husdyrgødningsbaserede biogasanlæg er fordoblet i perioden, og at ca. 2/3 dele af biogasproduktionen er fra de store fællesanlæg, mens ca. en 1/3 produceres på gårdanlæggene (Energistyrelsen 2014a). Udviklingen fra år 2000 og frem viser, at gårdanlæggene har haft en procentvis større fremgang, end det er tilfældet for fællesanlæggene. Dette skyldes bl.a., at der er etableret 40 gårdanlæg mod 24 fælles anlæg, mens den samlede stigning i biogasproduktion er ens for både gård-og fællesanlæg på ca. 0,844 PJ, hvilket viser, at fællesanlæggene har optimeret deres biogasudbytte betydeligt mere en gårdbiogasanlæggene i denne periode (bilag 17),(Kjær 2013). Figur 9: Udviklingen i biogasproduktion i Danmark (Energistyrelsen 2014a) Biogasproduktion 2000 til 2012 Enhed: PJ Renseanlæg 0,9 0,9 0,9 0,9 0,8 0,9 0,9 0,9 0,8 0,8 0,8 0,8 0,9 Industribiogasanlæg 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,1 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Lossepladsgasanlæg 0,6 0,6 0,6 0,4 0,5 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 Fælles biogasanlæg 1,3 1,3 1,4 1,5 1,5 1,6 1,7 1,7 1,7 1,8 1,9 1,8 2,1 Gårdbiogasanlæg 0,1 0,2 0,3 0,6 0,7 0,7 0,9 0,9 0,9 1,0 1,1 1,1 1,0 Gylle biogas i alt 1,4 1,5 1,7 2,1 2,3 2,3 2,6 2,6 2,6 2,9 3,0 2,9 3,1 Sum 2,9 3,0 3,4 3,6 3,7 3,8 3,9 3,9 3,9 4,2 4,3 4,1 4,4 (Energistyrelsen 2014a analysedata) 39

40 Teknisk analyse Etablering af nye biogasanlæg Ifølge Energistyrelsens biogas task force, se Figur 10: Udbygningen af biogas i Danmark opdelt i kategorierne meget sandsynlige, sandsynlige og usikre projekter., forventes der en fordobling af den danske biogasproduktion fra 4,3 PJ til 10 PJ inden år 2020, hvis de nuværende biogas projekter, som vurderes at være sandsynlige, gennemføres (Energistyrelsen 2014a). Ved fremskrivninger af udviklingstendensen fra 2012 til 2020 vil udviklingen være baseret på en kraftig udbygning af de husdyrgødningsbaserede biogasanlæg, se Figur 11 og 10, hvilket medfører en øget udnyttelse af husdyrgødningen og et øget behov for organiske restprodukter fra landbruget, organisk affald fra industri og husholdninger og/eller energiafgrøder. Medtages de projekter, der vurderes at være usikre, vil den samlede danske biogasproduktion øges til mellem PJ. Dette vurderes dog som værende mindre realistisk frem mod 2020 og flere af projekterne forventes ikke at blive realiseret. Andre biogasprojekter forventes at erstatte de ikke-realiserbare projekter på længere sigt (Energistyrelsen 2014a). Der er derfor behov for at afdække potentialet for halm anvendt som det primære tørstof input til biogasproduktion, hvis denne væsentlige udbygning med husdyrgødningsbaserede biogasproduktion skal kunne realiseres. Udviklingen af teknologi til forbehandling af halm kan derved blive den afgørende faktor for biogas fremtiden i Danmark (int. Møller 2014: 31:00 min). Figur 10: Udbygningen af biogas i Danmark opdelt i kategorierne meget sandsynlige, sandsynlige og usikre projekter. (Energistyrelsen 2014a) 40

41 Teknisk analyse Figur 11: Planlagte og etablerede anlæg i Danmark (Grafik: Lasse Gorm Jensen, Ingeniøren) Som tidligere nævnt er der flere forskellige afsætningsmuligheder for biogasen, hvor den i dag mest er anvendt til el- og varmeproduktion (kraftvarme) via gasmotorer, forventes det, at de kommende etableringer af nye biogasanlæg fremmod 2020 i større grad vil blive baseret på opgradering af biogassen til naturgaskvalitet og distribution via naturgasnettet. Dette skift i afsætningsformen er ved ændring af Lov om fremme af vedvarende energi mv. understøttet ved at ligestille støtten til afsætning af biogas via naturgasnettet med afsætning i form af kraftvarme Tilskudsordninger til afsættelse af biogas Der ydes en række tilskud til biogas, som varierer efter anvendelsen af biogassen. I det følgende foreligger der en redegørelse af disse støtteordninger efter afsætningsmuligheder. 41

42 Teknisk analyse Kraftvarme& Biogas til elproduktion er ved energiaftalen fra 2008 og ændring af Lov om Fremme af Vedvarende Energi vedtaget i juni 2012 støttet ved en fast afregning på 79,3 øre pr. kwh. Dette betyder, at det er et pristillæg til markedsprisen, som sikrer en minimumsafregning på 79,3 øre pr. kwh. Derudover støttes biogas til elproduktion yderligere med 26 øre pr. kwh og 10 øre pr. kwh. Summen af den faste afregning og den yderligere støtte sikrer således en samlet afregningspris på 115,3 øre pr. kwh. Den 1. januar i hvert kalenderår reguleres støtten med 60 % af nettoprisindekset i det foregående kalenderår. Derudover reguleres støtten af de 26 øre pr. kwh i forhold til naturgasbasisprisen på 53,2 øre pr. kwh. Ved en naturgaspris lavere eller højere end basisprisen, forøges eller nedsættes støtten tilsvarende. Støtten på 10 øre pr. kwh nedskrives pr. 1. Januar 2016 med 2 øre pr. kwh pr. kalender år således, at støtten udfases med udgangen af 2019 (LBK ). Dette er illustreret i Figur 12 og Figur 13. Opgradering&til&naturgasstandart& Ifølge Lov om Fremme af Vedvarende Energi mv. ligestilles salg af opgraderet biogas med salg af biogas til elproduktion. Dette medførte, at der i 2013 blev givet et pristillæg til afregningsprisen på 111,6 kr./gj (Energistyrelsen 2014a). Biogas&til&procesenergi& Biogas til procesformål i virksomheder har en ændret grundstøtte i forhold til biogas til elproduktion og opgraderet biogas. Grundstøtten ydet til denne anvendelse er 39 øre pr. anvendt kwh. Derudover ydes der støtte på 26 øre og 10 øre til elproduktion og opgradering. Særligt ved støtten til procesformål er, at den gives til den virksomhed, der anvender biogassen til procesformål (LBK ). Illustreret i Figur 12: Sammensætningen af støtte til biogas efter anvendelse. Biogas&til&transport&& Når biogassen anvendes til transport ydes der støtte, ligesom biogas anvendt til procesenergi, på 39 øre pr. kwh, samt 26 øre og 10 øre, der reguleres som biogas til el produktion. Særligt er at støtten ydes til den, der sælger biogassen til transport til en slutbruger (LBK ). Illustreret i Figur 12: Sammensætningen af støtte til biogas efter anvendelse. 42

43 Teknisk analyse Figur 12: Sammensætningen af støtte til biogas efter anvendelse (Energistyrelsen 2014a) Aftrapning&af&støtten& Som ovenfor nævnt aftrappes 10 øres støtten med 2 øre pr. kalender år frem mod udfasning med udgangen af Derudover aftrappes 26 ører støtten med stigninger i naturgasprisen. I Figur 13: Aftrapning af de midlertidige tilskud, vises 10 øres og 26 øres støttens forventede aftrapning fremmod 2034 (Energistyrelsen 2014a). Figur 13: Aftrapning af de midlertidige tilskud (Energistyrelsen 2012c) 43

44 Teknisk analyse Anlægsstøtte til etablering af biogasanlæg Udover støtte til afsættelse af biogas som ovenfor beskrevet ydes der også anlægstilskud til ny etablering og udvidelse af biogasanlæg. Formålet med anlægsstøtten er at fremme udnyttelsen af husdyrgødning til energiformål (biogas) og tilsagn om anlægsstøtte gives af Naturerhvervsstyrelsen ved: 1. Etablering eller udvidelse af biogas fællesanlæg, 2. Etablering eller udvidelse af biogasgårdanlæg på økologiske og konventionelle bedrifter 3. Etablering af supplerende investeringer på primære bedrifter, herunder nødvendige anlæg og teknologier til opbevaring eller oparbejdning af husdyrgødning samt anden biomasse. (BEK ) Støtten til etablering eller udvidelse af biogasanlæg udgør op til 30 % af projektets samlede støtteberettigede udgifter, men må dog højest samlet være 7,5 mio. euro, 55,8 mio. DKK (BEK ) (Nationalbanken 2014). Støtten gives på bagrund af en række betingelser, forudsætninger og prioriteringer. Det er en betingelse, at husdyrgødning mindst udgør 75 % af det samlede biomasseinput pr. år, der tilgår et biogas fællesanlæg og konventionelle biogasgårdanlæg, hvorimod biomasse inputtet til økologiske biogasgårdanlæg kun skal bestå af mindst 50 % husdyrgødning. Derudover lægges særlig vægt på projektets evne til at bidrage til støttens formål, i forhold til projektets samlede udgifter og om det vurderes, at de støtteberettigede udgifter er rimelige (BEK ). Tilsagn om støtte vægtes også i forhold til projektets fremskridt mht. til planlægning og godkendelser fra myndigheder, effekten af projektet mht. lokal udvikling og indfrielse af politiske målsætninger samt bindende klima- og miljøaftaler, såsom skabelse og sikring af arbejdspladser, styrkelse af konkurrenceevnen, bidrag til reduktion af drivhusgasser og næringsstofudvaskning mv. (BEK ). Ud fra de gældende regler om støtte til biogasproduktion spiller landbruget en central rolle. Det er derfor en forudsætning for opfyldelsen af de politiske målsætninger for etablering af biogasanlæg og udnyttelsen af husdyrgødning til energiformål, at landbruget kan fungere som leverandør og aftager af biomasse mht. til biogasproduktion. 44

45 Teknisk analyse Delkonklusion De nationale støtteprogrammer til afsætning af biogas har fra bidraget til en udbygning, som har understøttet en fordobling i den producerede Nm 3 -biogas, således at biogas i dag udgør ca. 1 % af Danmarks samlede energiforbrug. De nye regler fra energiaftalen fra 2012, som bl.a. indeholder to nye midlertidige tilskud og ligestillingen af biogas kraftvarme og opgradering af biogassen til naturgaskvalitet, forventes med realiseringen af de af energistyrelsen vurderede, sandsynlige projekter at kunne fordoble den danske biogasproduktion fra 2012 til Realiseres de planlagte projekter, der vurderes at være mindre sandsynlige, er forventningerne en 4-dobling af biogasproduktionen til 16 PJ i Flere af de planlagte biogasanlæg forventes at opgradere biogassen til naturgaskvalitet, som følge af ligestillingen i tilskudsordningerne mellem kraftvarme og opgradering. Dette medfører, at biogasanlæg ikke er afhængige af et lokalt varmebehov til at understøtte kraftvarmeproduktionen og det må derfor også forventes, at flere lokaliseringsmuligheder åbner sig ved den fremtidige planlægning af biogasanlæg. 45

46 Teknisk analyse 5.2 Biogas fra Halm Når man ser på landbruget er der en række omstændigheder, som gør udbygning af biogasproduktion interessant i Danmark. Biogas kan potentielt give landbruget en ekstra indtægt via en mulighed for øget gødningsudbringning, samt afsætning af energiafgrøder og restprodukter såsom halm. Derudover kan anvendelsen af husdyrgødning til biogasproduktion bidrage med en reduceret udledning af drivhusgasser fra landbruget. I det følgende kapitel beskrives processerne i et biogasanlæg ved anvendelse af halm til biogasformål her under også forbehandlingsmetoder samt vurdering af metanpotentialer og metanudbytte. Derudover diskuteres miljøgevinsterne for anvendelse af halm til biogasproduktion ud fra afsætningsmulighederne beskrevet i kapitel Biogasanlægget Der vil i det følgende kapitel være en gennemgang af den mest anvendte type af biogasanlæg i Danmark, som opererer ved metoden Continuous Stirred Tank Reaktor (CSTR). Først vil de fysiske forhold for biogasanlægget blive gennemgået og derefter processerne for produktion af biogas i reaktortanken. Det er dette kapitel, der ligger til grund for dispositionerne i case kapitlet. De danske biogasanlæg er typisk opbygget som det vises på Figur 14.!! Figur 14: Flowdiagram biogasanlæg&h&grafisk&oversigt.&(illustration&af&forfatter) (Kilde: Specialets forfatter) 46

47 Teknisk analyse Biomassesammensætning Ved modtagelsen af biomasse, som f.eks. gylle og restprodukter fra landbrug, sker der ofte en forlagring og sammenblanding af biomasserne i en blandetank. Denne blanding har ofte et tørstofindhold på mellem 10 % og 15%, således at biomassen er flydende nok til at blive pumpet via rør mellem de forskellige tanke (Chandra R. et al. 2011). Udviklingen af nye anlægsdesign sker løbende og man kan forestille sig, at fremtidige anlæg kan håndtere et højere tørstofindhold (Int. Jensen 2014; 23,30 min) Tørstofprocenten har også indflydelse på C/N-forholdet og denne øges med anvendelse halm. Dette skyldes, at halm har et relativt lavt indhold af kvældstof (N) og et højt indhold af Kulstof (C). Det optimale C/N-forhold for udrådningsprocessen er mellem 20:1 og 30:1, mens optimum for gasproduktionen ligger > 25:1 (Chandra R. et al. 2011). Hvis C/N-forholdet øges væsentligt, kan dette dog være en hæmmende faktor for gasproduktionen, da de metandannende bakterier vil forbruge al kvælstoffet og ikke omdanne det resterende kulstof til metangas (Chandra R. et al. 2011). Hvis C/N-forholdet derimod falder væsentligt, kan dannelsen af frie ammonium ioner (NH + 4 ) hæmme de gasproducerende bakterier på grund af en stigende ph. Det giftige niveau for de gasproducerende bakterier indtræder ved ph > 8,5 i reaktortanken (Chandra R. et al. 2011). For at opnå det optimale C/N-forhold skal biomasse input fra biomasser med højt C/Nforhold blandes med biomasser med lavt C/N-forhold. Ved anvendelse af halm, der har et relativt højt C/N-forhold til biogas formål, er samudrådning med husdyrsgødning med et relativt lavt C/N-forhold, en god kombination for at etablere en biomasse med et optimeret C/N-forhold. OLR (Organic Loading Rate) er et udtryk for hvor meget organisk tørstof (VS), som tilføres reaktortanken pr. dag. En høj OLR kan medføre et reduceret behov i reaktor volumen, hvilket også vil have positiv indflydelse på anlægsomkostningerne (Chandra R. et al. 2011). En kortere opholdstid i reaktortanken kan dog medføre et lavere metanudbytte på grund af, at en mindre andel af det totale organisk materiale nedbrydes og omdannes til metan (Chandra R. et al. 2011).! Reaktortanken Designet af et biogasanlæg skal altid planlægges ud fra en specifik case, hvor der tages hensyn til den biomassetype og -mængde, der skal tilgå anlægget (Loustarinen S. 2011). Den fysiske konfiguration af biogasreaktoren kan designes ud fra forskellige metoder, hvoraf de mest anvendte er Continuous Stirred Tank Reaktor (CSTR) og Up-flow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) (Kaparaju P. et al. 2009). I dette kapitel tages der udgangspunkt i CSTRmetoden. Afhængig af om biomassen hygiejniseres til 70 C før eller efter reaktortanken, skal biomassen opvarmes i reaktortanken for at give bakterierne i biomassen gunstige vækstbetingelser (int. Jensen 2014; 7,40 min). Reaktortanken kan operere i det termofile 47

48 Teknisk analyse område fra C eller det mesofile område fra C. Figur 15 viser overgangen mellem de mesofile og termofile bakterier. Ved en temperatur på ca. 42 C optræder overgangen mellem de termofile og mesofile bakterier og det kan diskuteres om dette har en hæmmende effekt på gasproduktionen (Chandra R. et al. 2011).! Figur 15: Termofil- og mesofiltemperatur!!(chandra!r.!et!al.!2011)!! Temperaturen har sammen med biomassesammensætningen indflydelse på opholdstiden HRT (Hydraulic Retention Time) og en længere HRT betyder generelt en højere gasproduktion pr. ton biomasseinput grundet en højere nedbrydning af organisk materiale i reaktortanken (Chandra R. et al. 2011). HRT har som ovenfor nævnt også indflydelse på reaktortankens volumen og derigennem anlægsomkostningerne (Chandra R. et al. 2011). Det tager 2-3 uger for bakterierne i reaktortanken at omdanne ca. halvdelen af biomassen til biogas. De resterende dele af biomassen, f.eks. lignin, er svært nedbrydeligt og ud fra et økonomisk synspunkt, kan det ikke betale sig at forsætte nedbrydningen. Et sted mellem % af biomassens energi udnyttes alt afhængig af effektiviteten af biogasanlægget. Den resterende biomasse fortsætter ubehandlet igennem anlægget (Chandra R. et al.: 2011). I det følgende er der en beskrivelse af processerne i reaktortanken. Processer&i&reaktortanken& Udrådningen af biomasse i reaktortanken udføres af komplekse sammensætninger af mikroorganismer i et anaerobt miljø. Biomassen gennemgår 3 faser i reaktortanken: Hydrolyse, syredannelse og metandannelse, se Figur 16: Nedbrydning af biomasse og dannelsen af metan vist i 3 faser. I hver af de tre faser er det forskellige grupper af mikroorganismer og bakterier, der udfører nedbrydningsprocessen (Chandra R. et al.: 2011). 48

49 Teknisk analyse Figur 16: Nedbrydning af biomasse og dannelsen af metan vist i 3 faser!!(poulsen!i.!h.!et!al.:!1990)! I hydrolysefasen nedbrydes de kovalente bindinger, hvilket betyder, at højmolekylære stoffer som protein, kulhydrat og fedtstoffer nedbrydes til lavmolekylære stoffer såsom simple sukkerarter, langkædede fedtsyrer og aminosyrer, se øverste del af Figur 16 (Chandra R. et al. 2011). Bakterierne udnytter en række enzymer til at katalysere denne nedbrydning (Poulsen I. H. et al.: 1990). Nedbrydningen af kulhydrater tager kun et par timer, hvor nedbrydningen af fedt og proteiner kan tage et par dage. For lignocellulose og lignin er nedbrydningen langsommere og ufuldstændig (Chandra R. et al. 2011). Under syredannelsesfasen, se midterste del af Figur 16, nedbrydes de stoffer, der blev dannet i hydrolysefasen til kortkædede organiske syrer (f.eks. smørsyre og eddikesyre), alkoholer, hydrogen og kuldioxid. Nogle af stofferne fra hydrolysefasen omdannes til kortkædede fedtsyre, hvilket kan være hæmmende for biogasproduktionen da de bakterier, der nedbryder de kortkædede fedtsyrer har en lavere væksthastighed og kan derfor ikke følge med resten af processen i tanken. Ligeledes kan biogasproduktionen hæmmes, hvis der bliver tilført store mængder protein, som indeholder kvælstof i aminogrupper, da der så bliver dannet store mængder ammonium, der proportionelt med ph bliver omdannet til ammoniak, som er giftigt for bakterierne (Jørgensen P. J. 2008). Der er to typer bakterier, der agerer i metandannelsesfasen, se Figur 16 nederst. De to metanogene bakterier er indbyrdes afhængige af hinanden, dvs. hvis den ene bakteries 49

50 Teknisk analyse vækstfaktorer er hæmmet vil processen for den anden metanbakterie påvirkes negativt (Chandra R. et al.: 2011). De metanogene bakterier udnytter brint og ilt samt ethanol, methanol og eddikesyre via metanogenese til metangas (Chandra R. et al.: 2011). Udover metan er der i processen også svovlbrinte 1 2 %, ammoniak 1 2 %, og spor af kulilte, kvælstof og ilt. (Jørgensen P. J. 2008)!!!!!!""#!!"! +!"!!!""#$$!%&'!!!"#$%&'"%"("!! +!!!!!!!!!!!!!!!!"#$%&'(!!"#$%&'"%"("!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!"!!!!!!!!!! +!!!!!!!!!!"#!!"#$!!"#$%&'"%"("!!!!! (Kilde:!Chandra!R.!et!al.:!2011!)! Behov for forbehandling af halm En af de største udfordringer ved anvendelse af halm til biogasformål er, at halm er en lignocellusisk biomasse. Den lignocellulosiske opbygning gør halmen svært nedbrydelig i reaktortanken (Blom A. et al.: 2012). Halm består hovedsageligt af cellulose, hemicelluloce og lignin og for hvedehalm er sammensætningen 35-45% cellulose, 20-30% hemicellulose og 8-15% lignin (Kaparaju P. et al.: 2009). Særligt er lignin svært nedbrydeligt, hvilket er problematisk da ligninens egenskaber bl.a. er at danne en kappe, der virker som skjold og beskytter det lettere omsættelige cellulose og hemicellulose inde i halmstrået se. Figur 17: Forbehandling af lignocellulosisk biomasse (Blom A. et al.: 2012). Det er derfor ønskværdigt at bryde ligninens beskyttende egenskab og cellulosens lange krystallinske kæder (Chandra R. et al.: 2011). Figur 17: Forbehandling af lignocellulosisk biomasse (kilde:!chandra!r.!et!al.:!2011 ) 50

51 Teknisk analyse Ovenstående gør, at forbehandling er nødvendigt for at anvende halmen til biogasformål. Formålet med forbehandlingen er at øge tilgangen (overfladekontakten) til det lignocellulosiske materiale, bryde ligninens skjoldeffekt og nedbringe cellulosens og hemicellulosens krystallinitet, for derved at kunne nedbringe udrådningstid for det lignocellulosiske materiale i halmstrået (Blom A. et al.: 2012). Det er vigtigt, at der tages højde for forbehandlingsomkostninger og halmprisen, da det øgede metanudbytte helst skulle kunne mere end blot modsvare disse omkostninger (int. Jensen 2014; 17,40 min). Der er flere kendte forbehandlingsmetoder, som i dag anvendes til forbehandling af lignocellulosisk biomasse. Ens for disse forbehandlingsmetoder er, at de opfylder formålet om at bryde ligninens beskyttende egenskaber og øge halmstråets nedbrydelighed Tabel 1: Forbehandlingsmetoder (Blom A. et al.: 2012). Metode Eksempel Mekanisk - Hammermølle Termisk - Damp-eksplosion - Termisk hydrolyse Kemisk - Syre-hydrolyse - Basisk-forbehandling - Forbehandling med ionvæsker - Oxidering Biologisk - Forbehandling med svampe Tabel 1: Forbehandlingsmetoder (Blom A, et al. 2012) Det har ikke været muligt gennem litteraturen at kvantificere, hvilken af de ovenstående forbehandlingsmetoder, der rummer det største potentiale med hensyn til udnyttelsen af halm til biogasproduktion (Blom A. et al. 2012). Det er dog vigtigt at fremhæve, at mekanisk formaling med hammermølle har et signifikant potentiale for biogasproduktion grundet et højt metanpotentiale jf. kapitel Mekanisk forbehandling af halm Det følgende kapitel vedrørende mekanisk forbehandling skal læses som et data kapitel, hvor de specifikke tekniske og økonomiske data indgår i den økonomiske analyse kapitel 6.1. Ved en mekanisk forbehandling neddeles halmstrået i mindre partikler, hvilket vil medføre en reduktion i cellulosens lange krystallinske kæder. Samtidigt øger metoden overfladearealet og gør dermed halmen mere tilgængelig for de nedbrydende bakterier i biogasanlæggets 51

52 Teknisk analyse reaktortank. Mekanisk neddeling i en formalingsproces kan ske på basis af både våde og tørre biomasser alt efter den valgte mølletype. Til våde opløsninger kan f.eks. en kolloidmølle anvendes. Denne mølle maler biomassen meget fint og vil kræve en række forforbehandlinger ved forarbejdning af halm og er derfor en relativt dyr forbehandlingsmetode. Til de tørre biomasser anvendes oftest extruder eller hammermølle. Extruderen og hammermøllen kan neddele halmstrået med meget stor variation i f.eks. partikelstørrelse og er derfor en langt mere anvendelig forbehandlingsmetode til forbehandling af halm til biogasproduktion. Forbehandlingsmetoden, der anvendes i specialet, er derfor mekanisk forbehandling ved hammermølle og analysen af forbehandlingssystemet har det formål at opstille beregningsforudsætninger for den økonomiske analyse og gennem test af systemet levere datagrundlaget til specifikke beregninger. Samtidigt giver det mulighed for at diskutere de positive samt negative elementer ved denne forbehandlingsmetode. Figur 18 viser et flowdiagram af det valgte forbehandlingssystem. Formål Bestemmelse af det specifikke energiforbrug ved formaling af vinterhvedehalm Bestemmelse af partikelstørrelsens effekt på kapacitet og energiforbrug Vurdering af brugbarhed af hammermølle til halmformaling Figur 18: Flowdiagram for forbehandlingssystemet! Forbehandlingssystemet er designet til håndtering af store halmballer, som kører på et transportbånd. Bindesnore skal fjernes manuelt. Halmen kører ud over opriveren (1) og falder af i stykker. Herefter transporters det via snegl til forhammermøllen (2), som snitter det til en størrelse på ca mm. Forhammermøllen blæser produktet op i en cyklon (3), hvorfra det ledes via en sluse til fint formalingshammermøllen (4), som er en hammermølle-unit specielt 52

53 Teknisk analyse beregnet til finformaling. Hammermøllen er sammensat i en unit, der består af finformalingshammermøllen, underbeholder med udtrækssnegl, filter til luftrensning samt en undertryksventilator. Fra udtrækssneglen kører produktet ned i en pre-mixer (5), hvortil der kan tilføres f.eks. gylle som så blandes med den formalede halm, herved opnår man at luften er taget ud af produktet, som derved opnår en højere densitet og synker i tanken, hvilket vil betyde, at det er nemmere at røre op med gyllen. Opriver&med&transportbånd& Transportbånd med plads til 8 stk. Big halmballer fører halmen ned i tragten på halmsnitteren. Operatøren står på en serviceplatform for at fjerne snor fra halmballerne. Der tages udgangspunkt i en opriver med 37 kw motor for findeling af halm. Halmen indfødtes via eks. en toptragt, som roterer under drift og sikrer, at der hele tiden er halm over knivene. Kapaciteten kan styres ved at hæve eller sænke rotationshastigheden på top tragten. Fra knivrotoren falder halmen ned i en transportsnegl, der fører halmen frem til en stenfælde og videre for trykluftstransport. Der er placeret primære stenfælder foran knivrotoren. Partikelstørrelsesfordelingen efter bearbejdning i opriveren er ca. 100 mm. ForHhammermølle& For-hammermøllens formål er at neddele halmen fra opriveren til en middel til større formalingsgrad ca cm. Derudover skabes der et undertryk i formalingsprocessen der kan anvendes til videre transport i forbehandlingssystemet (EUROmilling bilag 6). - Forventet pris for transportbånd, opriver og forhammermølle: DKK ,- - Forventet kwh forbrug pr. ton forarbejdet halm vurderes at være: Transportbånd og Opriver = 23 kwh / ton. For-hammermølle = ca. 12 kwh / ton. - Forventede udgifter til vedligehold DKK (EUROmilling, bilag 6) Cyklon& Cyklonen bringer halmen fra til finformalingshammermøllen, der skal derfor installeres rør til halmføringen. Formålet med cyklonen er at fjerne støv og småsten fra halmen inden det tilføres finformalingshammermøllen. - Forventet pris for cyklon: DKK ,- (EUROmilling, bilag 6) 53

54 Teknisk analyse Finformalingshammermølle& Finformalingshammermøllen valgt til systemet er en model fra EUROmilling A/S og er af typen EUB4000 unit ATEX 75 kwh (valgt ud fra kapacitetstesten kapitel 0 ). Finformalingshammermøllen er integreret i en enhed, hvori der indgår et luftfilter til rensning og hammermølle, en ventilator og en underbeholder med tømmesnegl. Hammermøllen har indløb i toppen og udløb i bunden. Formalingen af halmen sker ved løst hængte hammere. Formalingsgraden og dermed partikelstørrelsen bestemmes af soldet. Soldet kan beskrives som en si, hvor hullernes størrelse afgør størrelsen på de partikler, der forlader hammermøllen. Luftfilteret er et selvrensende dyssefilter af typen EURO flow med teflonbelagte støvopsamlingsposer og har til formål at holde enheden støvfri under drift. Lufttrykket i luftfilteret styres af en ventilator med 3 kw motor, som samtidigt har til formål at suge det formalede produkt ud gennem soldet Underbeholderen indeholder en tømmesnegl som drives af en motor på 1,5 kw! - Forventet pris for samlet enhed: DKK ,- - Samlet forventet energiforbrug er 81,5 kwh jf. kapitel 0 - Forventede udgifter til vedligehold DKK (EUROmilling, bilag 6) Billede 1 viser finformalingshammermøllen fra EUROmilling A/S. Billede 1: Hammermølle fra EUROmilling A/S PreHmixer& Det mekaniske forbehandlingssystem ender i en pre-mixer fremstillet af EUROmilling A/S. Pre-mixeren er anvendelig til pulveropløsninger i vådfraktioner og formålet med pre-mixeren er at tage luft ud af det fint formalede halm ved blanding med f.eks. gylle. Dette muliggør en relativt nemmere opblanding i biogasanlæggets blandetank. 54

55 Teknisk analyse - Forventet pris for pre-mixer: DKK ,- - Energiforbrug er 8,8 kwh pr. ton - Forventede udgifter til vedligehold DKK (EUROmilling, bilag 6) Forbehandlingssystemet er afhængigt af et styresystem, eksempelvis med operatørpanel. Den forventede pris for styresystem er DKK ,- Derudover er der udgifter forbundet med elektrisk og mekanisk montering, dette forventes at have en pris på DKK ,- Den samlede pris for forbehandlingssystem er DKK DKK 55

56 Teknisk analyse Test af kapacitets- og energiforbrug Kapacitets- og energiforbrugstesten er udført af EUROmilling A/S i Tølløse, Danmark og kan findes i bilag 7. Forudsætninger&&& Halmen forbehandles på hammermølle EU-2000D med indløb i top og udløb i bund. Motor 22kW ABB IE2 2950rpm ved 50 Hz. Partikelstørrelsen og partikelstørrelsesfordelingen for produktet bestemmes primært af soldet. Der testes for partikelstørrelser med sold på Ø2,0mm, Ø1,0mm og Ø0,5mm. Dette giver en partikelstørrelsesfordeling som ligger under de 3 soldstørrelser. Resultaterne er vist i Tabel 2: Kapacitets- og energiforbrugstest på hammermølle. Specifikation Kapacitet Effektforbrug Vinterhvedehalm Sold: Ø 2,0mm Vinterhvedehalm Sold: Ø 1,0mm 270kg/time 12,3kg/KW 162kg/time 7,3kg/KW 81,5 kwh/ton 135,8 kwh/ton Vinterhvedehalm 103kg/time 213,6 kwh/ton Sold: Ø 0,5mm 4,6kg/KW Tabel 2: Kapacitets- og energiforbrugstest på hammermølle (bilag 7) Kapacitets- og energiforbrugstesten viser, at der er markant forskel i både kapacitet og energiforbrug ved de 3 formalingsgrader. Energiforbrugstesten viser, at energiforbruget tilnærmelsesvis er eksponentielt stigende ved faldende soldstørrelse (partikelstørrelse). Dette betyder, at det vil have stor betydning for feasibiliteten ved anvendelse af halm til biogasformål alt efter hvilken partikelstørrelse, der kan anvendes. Kapacitetstesten viser en lineær stigning i kg/time og kg/kw ved stigende partikelstørrelse. Ved en soldstørrelse på Ø 2 mm kan det forventes, at der skal anvendes en hammermølle på ca. 75 kw for at kunne formale ca. 1 ton / timen. 56

57 Teknisk analyse Metanpotentialer ved mekanisk forbehandling Til vurdering af det teknisk-økonomiske potentiale for anvendelsen af halm til biogasformål er det centralt at undersøge metanpotentialerne ved anvendelse af forskellige halmtyper enkeltvis og i samudrådning med gylle. Desuden er det også centralt at undersøge metanpotentialerne i forhold til formalingsgrad jf. kapitel 0. Dette med henblik på at kunne optimere metanudbyttet i forhold til forbehandlingsomkostningerne. Forsøgene bliver i specialet udført som mini-batchforsøg (BMP), og anvendes til screening af metanudbyttet forventet ved udrådning i fuldskala biogasanlæg. Resultaterne fra BMP-forsøgene sammenlignes og vurderes derfor i forhold til; BMP og CSTR forsøg udarbejdet af institut for vand og miljøteknologi ved DTU og CSTR forsøg udarbejdet i forlængelse af specialets resultater af DCA Nationalt Center for Fødevarer og Jordbrug ved AU Foulum. Formålet er, at resultaterne skal danne grundlag for specialets konklusioner mht. potentialer for anvendelse af halm til biogasformål ved anvendelse af resultaterne i specialets økonomiske analyse. Metoder til de udførte batchforsøg findes i bilag 8 og beregningerne i bilag 9. I den første del af dette kapitel præsenteres BMP-forsøgene. Formålet med BMP-forsøgene er: Bestemmelse af det specifikke metanpotentiale ved udrådning af forskellige halmtyper formalet på hammermølle til en partikelstørrelse < 0,5 mm. Bestemmelse af metanpotentialer ved samudrådning af vårbyghalm og svinegylle Bestemmelse af metanpotentialer ved varierende formalingsgrad, partikelstørrelser Bestemmelse af metanpotentialer ved forskellige halmtyper Forsøg nr. 1.1 Der er til udvælgelse af halmtyper lagt vægt på halmtypens tilgængelighed og derfor er der i forsøgene særligt fokus på vinterhvede- og vårbyghalm, se kapitel Derudover har det også gjort sig gældende, hvad det reelt har været muligt at skaffe af halm i forsøgsperioden. I forsøgene undersøges Vårbyg-, Vinterhvede-, Rajgræs-, Engrapgræs- og Bakesvigelhalm. Halmtyperne er alle forarbejdet på hammermølle med en sold størrelse på 0,5 mm, hvilket giver en gennemsnitlig formalingsgrad på < 0,5 mm. I forsøgene er det højeste metanpotentiale fundet ved udrådning af engrapgræshalm, 462,3 ml CH 4 / gvs, og herefter udrådning af vårbyg- og vinterhvedehalm med henholdsvis 455,5 og 445,4 ml CH 4 / g VS. Bakkesvingel og rajgræs ligger lidt under de andre halmtyper, og forsøgene viser et metanpotentiale på 421,1 for bakkesvingelhalm og 416,7 ml CH 4 / g VS for rajgræshalm. Resultaterne viser dermed en øget biogasproduktion på ca. 11 %, fra engrapgræs i forhold til rajgræs og en øget biogasproduktion på ca. 3-4 % fra engrapgræs i forhold til vårbyg og vinterhvede. Et merudbytte på 3-4 % i BMP-forsøgene er ikke en 57

58 Teknisk analyse væsentlig forskel og det er ikke sikkert, at dette merudbytte vil finde sted i et fuldskala biogasanlæg. Substrat ml biogas /g VS ml CH4 / gvs Udrådningsperiode Vinterhvede 742,4 445,4 23 dag Rajgræs 694,5 416,7 23 dag Engrapgræs 770,6 462,3 23 dag Bakkesvingel 701,9 421,1 23 dag vårbyg 759,2 455,5 20 dag Tabel 3: Metanpotentialer for substrater Metanpotentialerne for de undersøgte halmtyper vises nedenfor i Figur 19, og udrådningskurverne vises i Figur 20 til Figur 24. Udrådningskurverne viser for engrapgræs-, vinterhvede-, bakkesvingel- og rajgræshalm, at biogasproduktionen fra start er lav. Det vurderes, at dette skyldes, at bakterierne har en omstillingstid for at tilvænne bakterierne i inoculumet til nedbrydning af substratet halm, da processen er vendt efter et døgns tid og der produceres gas. Dette kan meget vel også være gældende for udrådning af vårbyghalm, selvom kurven har en stejl gasproduktion fra start. Dette skyldes, at vårbyghalmen (forsøg nr. 1.2) ikke er udrådnet i samme forsøgsrække som de 4 andre halmtyper, og at den første måling fra udrådningen af vårbyghalm er udtrukket 4 dage efter forsøgets opstart. Det kan dermed betyde, at udrådning af halmtyperne vil kunne opnå tilsvarende stejle udrådningskurver, når bakteriekulturen i anlægget over tid er tilvendt substratet. Figur 19: Metanpotentialer for de undersøgte halmtyper 58

59 Teknisk analyse Figur 20: Udrådningskurve vinterhvede Figur 21: Udrådningskurve vårbyghalm Figur 22: Udrådningskurve engrapgræshalm Figur 23: Udrådningskurve Rajgræshalm Figur 24: Udrådningskurve Bakkesvingelhalm Institut for vand og miljøteknologi ved DTU har udført sammenlignelige BMP-forsøg og har fundet følgende værdier for vinterhvede-, vårbyg- og engrapgræshalm. Sammenligningen af de to forsøg skal foretages med varsomhed, da halmens sammensætning kan variere meget over sæson, dyrkningsmetode, egn mv. Der ses dog i DTU-forsøgene den samme tendens som ved BMP-forsøgene udført i forbindelse med specialet, at de undersøgte halmtyper ikke har en relativt lav variation i forhold til metanpotentiale (Søndergaard et al. 2014). Derudover ses det også, at engrapgræshalm opnår det højeste metanpotentiale og at vinterhvede- og vårbyghalm har et mindre metanpotentiale, hvilket forsøgsresultaterne i indeværende speciale også viser (Søndergaard et al. 2014). 59

60 Teknisk analyse Figur 25: Metanpotentialer fra Institut for vand og miljøteknologi DTU (Søndergaard et al. 2014). Det kan dog ikke ud fra forsøgene vurderes om der er en signifikant forskel i metanpotentialerne for de forskellige halmtyper og der kan dermed argumenteres for, at halmtypens tilgængelighed fra egn til egn og variation over året, vil have en større betydning for, hvilke halmtyper der anvendes til biogasformål Samudrådning af vårbyghalm og svinegylle Forsøg nr. 1.2 Metanpotentialet pr. g VS ligger for svinegylle på 434,7 ml CH 4 / g VS, hvilket er lig med metanpotentialerne for de undersøgte halmtyper. Svinegyllen har dog en betydelig stejlere udrådningskurve, end det gør sig gældende for halmtyperne, hvilket også viser sig i samudrådningsforsøgene af halm og svinegylle. Dette ses ved, at samudrådningsforsøgene med henholdsvis 1,7 % TS fra halm og 6,1 % TS fra halm, har tilsvarende stejle udrådningskurver, hvor der efter 4 dage er opnået metanudbytter > 310 ml CH 4 / g VS. De akkumulerede metanpotentialer for samudrådningsforsøgene viser resultater tilsvarende de undersøgte halmtyper med metanpotentialer på henholdsvis; 430 ml CH 4 / g VS og 434 ml CH 4 / g VS for samudrådning af svinegylle og vårbyghalm med 1,7 og 6,1 % TS fra halm. Se figurerne Figur 26 til Figur

61 Teknisk analyse Figur 26: Udrådningskurve svinegylle Figur 27: Udrådningskurve vårbyghalm og svinegylle 1,7 % Figur 28: Udrådningskurve vårbyghalm og svine gylle 6,1 % Der er dermed ikke nogen betydelig forskel i metanpotentialet de forskellige substrater og blandinger imellem, men ser man på hvor meget metan der produceres ud fra biomasseinputtet tilsat i alt, er forskellene betydelige. Resultaterne for metanpotentialet i forhold til biomasseinput demonstrerer vigtigheden af TS % i biomasseinputtet. Udrådningen med 100 % svinegylle producerede 18,6 ml CH 4 / input g og prøven med vårbyghalm producerede 398,2 ml CH 4 / input g og dermed 20 gange mere biogas pr. gram biomasseinput. Det er dog ikke muligt at køre et CSTR-biogasanlæg med ren halm og det estimeres, at eksisterende biogasanlæg kan køre med blandinger på mellem % TS jf. kapitel Samudrådning af vårbyghalm og svinegylle, med en halmtilsætning på 6,1 % af TSindholdet, hvilket giver en total TS % i substratet på ca. 11 %, producerede mest biogas pr. gram biomasseinput og metanpotentialet mere end fordobles i forhold til udrådning af 100 % svinegylle fra de 18,6 ml CH 4 / input g til 43 ml CH 4 / input g, se Figur

62 Teknisk analyse Figur 29: Metanpotentiale for input biomasse Der er svært at vurdere om der har været nogle antagonistiske eller synergetiske effekter af blandingerne, da forskellene ikke er store nok til at dette kan påpeges. Det kunne forventes, at der ville kunne opstå en synergetisk effekt ved tilsætning af halm, da en udrådningsproces med højt gylle indhold godt kan opleve en mindre hæmning grundet frit ammoniak som opstår hvis C/N forholdet i reaktoren er lavt (< 10). Her vil halm med et højt C/N kunne hæve det samlede C/N forholdet og være med til at reducere ammoniakhæmningen jf. kapitel Betydningen af formalingsgrad for metanpotentialet Forsøg nr. 1.3 Forsøgene med variation i partikelstørrelse er udført på substrat af vinterhvede formalet på hammermølle med variation i soldstørrelse, jf. kapitel 0, på Ø 2 mm, Ø 1 mm og Ø 0,5 mm. Metanpotentialet for de 3 forskellige formalingsgrader afviger ikke betydeligt fra hinanden med metanpotentialerne på henholdsvis 412,9 ml CH 4 / g VS for formaling med 2 mm sold, 429,6 ml CH 4 / g VS for formaling med 1 mm sold og 415,8 for formaling med 0,5 mm sold se Tabel 4. Substrat ml CH4 / g VS Hvedehalm 2 mm 412,9 Hvedehalm 1 mm 429,6 Hvedehalm 0,5 mm 415,8 Tabel 4: Metanpotentialer for substrater 62

63 Teknisk analyse Figur 30 til Figur 32 viser udrådningskurverne for de 3 soldstørrelser og her kan det også ses, at der ikke er en betydelig forskel i udrådningen over tid, da kurverne følges fra dag 1 til dag 31. Figur 30: Udrådningskurve forbehandlet vinterhvede 2 mm Figur 31: Udrådningskurve forbehandlet vinterhvedehalm 1 mm Figur 32: Udrådningskurve forbehandlet vinterhvedehalm 0,5 mm Der er altså ikke fundet nogen betydelig effektforskel i metanpotentialerne ved udrådning af vinterhvedehalm formalet med forskellige soldstørrelser. Antagelsen var, at ved finere formaling af substratet, jo højere metanpotentiale. Dette er grundet i, at et finere formalet produkt vil have større overflade samt at lignocellulose bør være brudt mere op, hvilket også antages at øge tilgængeligheden af halmens omsættelige kulstoffer. Tidligere studier har vist, at der kan opnå signifikante forøgelser i metanpotentialet ved at reducere størrelsen på halm. Der er bl.a. for hvedehalm målt forøgelser af metanpotentialet på 57 % - 83 % ved at gå fra ubehandlet halm til 2 mm (Menardo 2011). Andre forsøg har påvist, at der er en grænse for reduceret formalingsgrad, hvor der ikke opnås højere metanpotentiale, hvilket dette forsøg bekræfter og det kan derved konkluderes, at ud fra et metanpotentiale-perspektiv er det ikke nødvendigt med en formalingsgrad mindre end et Ø 2 mm sold. Det kan tilmed betyde, at et grovere sold f.eks. 3 eller 4 mm, kan have samme metanpotentiale. BMP-Forsøgene er kørt i 3 forsøgsrækker over en periode på ca. 8 måneder fra første til sidste forsøg og er dermed ikke udrådnet i samme inoculum. Inocolum er det medie, hvori substratet (halm eller gylle) udrådnes. Der er til BMP-forsøgene anvendt afgasset biomasse fra Nysted biogasanlæg som inocolum. Variationer i inocolumets sammensætning kan have betydning for forsøgenes direkte sammenlignelighed, da inoculumets bakterieindhold derved 63

64 Teknisk analyse kan være baseret på forskellige typer af biomasseinput, som så igen kan have betydning for bakteriernes evne til at nedbryde og omdanne kulstoffet i halm. Det er derfor centralt, at den videre analyse og anvendelsen af resultaterne i specialets økonomiske analyse, sker på bagrund af en sammenligning med CSTR forsøg, hvor inoculumet har haft en tilvænningsperiode på op imod 20 dage før data mht. biogasproduktion er udtrækket CTSR metanudbytte Formålet med at inddrage resultater for CTSR metanudbytte er at undersøge de reelle metanudbytter ved formalet halm i samudrådning med husdyrgødning i en termofil CTSR proces. CSTR-forsøgene forventes at give et mindre metanudbytte end det metanpotentiale, som er bestemt ved BMP-forsøgene. Substraterne, der anvendes i CSTR forsøgene er, vinterhvedehalm, og to forskellige typer husdyrgødning, svinegylle og kvæggylle. Vinterhvedehalmen, der anvendes i CSTRforsøgene er af samme oprindelse som det vinterhvedehalm, der er anvendt i de ovenstående BMP-forsøg, hvorfor sammenlignelighedsgraden vurderes at være høj. Til BMP-samudrådningsforsøgene er der anvendt vårbyghalm, hvis metanpotentiale viste sig at være meget lig metanpotentialet i vinterhvedehalm. Der er derfor en høj grad af sammenlignelighed mellem BMP-samudrådningsforsøgene og CSTRforsøgene. Før CSTR forsøgsopstart er der fortaget analyser for bl.a. tørstof og organisk tørstof, m.v. se bilag 10 for ydereligere information. CSTR-forsøgene er udført i 2 reaktorer med et volumen på 120 L og ved termofiludrådning ca. 50 C. Den gennemsnitlige opholdstid i reaktoren er fastsat til 20 dage og CSTRforsøgene havde en opstartsperiode på 21 dage før udtræk af data blev påbegyndt. Reaktor 1 fungerede som kontrolreaktor, hvor biomasseinputtet bestod af husdyrgødning Reaktor 2 fungerede som forsøgsreaktor med et biomasseinput bestående af 10 % vinterhvedehalm og 90 % husdyrgødning. Resultaterne fra CSTR forsøgene vises i Tabel 5. Metanudbytte fra kontrol reaktoren, Reaktor 1, på 360,4 ml CH 4 / g VS og et metanindhold 70,8 % er højere end for forsøgsreaktoren, Reaktor 2, som gav metanudbytte på 234,9 ml metan / g VS og et metanindhold på 57,3 %. Til sammenligning viser BMP-forsøgene et metanpotentiale på 458 ml CH 4 / g VS og CSTR forsøgene altså et metanudbytte, der kun udgør ca. 50 % af dette metanpotentiale. Taget i mente, at metanpotentialet er et resultat af samudrådning af vårbyghalm og svinegylle og derfor ikke 100 % sammenligneligt med resultaterne fra reaktor 2. Sammenlignes resultatet vinterhvedehalm i CSTR-forsøgene på ml CH 4 / g VS med BMP-forsøgenes resultat for 64

65 Teknisk analyse vinterhvedehalm på 445,4 ml CH 4 / g VS, ses samme tendens, hvor CSTR-forsøgets metanudbytte udgør ca. 50 % af metanpotentialet fundet i BMP-forsøgene, se Tabel 10 og Tabel 3. Reaktor 1 Reaktor 2 Biogasproduktion (ml biogas / g VS) Metanudbytte (L CH4 / kg VS) 360.4± ±66.91 Metanudbytte (L/ Kg input biomasse) 6.9± ±10.68 Metankoncentration (%) 70.8± ±3.26 H2S koncentration in the biogas (ppm) ± ± Tabel 5: Resultater fra CSTR forsøg Foulum Husdyrgødning Vinterhvede Metanudbytte pr. biomasse (L/ Kg input biomasse) Metanudbytte (LCH4/kg VS) Tabel 6: Resultater fra CSTR forsøg - Foulum. Fordelt på substrat Det vurderes, at metanpotentialerne fra BMP-forsøgene efter sammenligning med CSTR forsøgene, generelt skal fratrækkes 50 % for at kunne svare til resultaterne fra CSTR forsøgene. I den videre økonomiske analyse regnes der derfor med 50 % af metanpotentialerne til beregninger af metanudbytte ved de givne biomassesammensætninger. & 65

66 Teknisk analyse Biogas afsætningskoncepter Der er flere forskellige muligheder for anvendelsesform og distribution af biogas, heriblandt skal nævnes kraftvarmeproduktion, opgradering til naturgasstandart samt anvendelse til lokale industriprocesser. I det følgende kapitel opsummeres de nuværende og fremtidige afsætningsmuligheder for biogas. Formålet er at give input til specialets case beskrevet i kapitel 1 og de efterfølgende beregninger af klimagevinsterne samt data til den økonomiske analyse. Lokal biogaskraftvarme (1) I dag distribueres energien i biogas hovedsageligt som kraftvarmeproduktion (KV) hvor en gasmotor producerer el og varme. Varmen distribueres via det lokale fjernvarmenet og biogasanlægget kan enten supplere varme til mindre byer, eller evt. til et større fjernvarmenet omkring de større byer. El produceret på KV biogasanlæg sælges til el-nettet med støtte jf. kapitel Virkningsgraden for el og varme varierer alt afhængig af varmebehovet i det lokale fjernvarmenet, samt økonomiske incitamenter til enten at have en høj varmevirkningsgrad eller en høj el-virkningsgrad (Energinet.dk 2010). Udfordringerne ved distribution af energien i biogas via KV er et faldende varmebehov fra husholdninger i sommerperioden og det er derfor vigtigt, at biogasanlægget dimensioneres efter det givne varmebehov (Energinet.dk 2010). Det vurderes af Energinet.dk, at der gennemsnitligt er et energitab på ca. 24 % af den samlede energi i biogassen pga. det faldende varmebehov i sommerperioden (Energinet.dk 2010). Lokalt biogasnet (2) Teknologi data Gasmotor!! Kraftvarme Enhed Rådighedsfaktor: 98 % Investeringsomkostninger: 13,3334 * mio./mw Forventet levetid: 20 År Kilde (Energistyrelsen 2014c) *Beregning ud fra data i Energistyrelsen 2014c Tabel 7: Teknologi data - Gasmotor En fremtidig mulig udnyttelse af biogas der anvendes i et lokalt biogasnet, er hvor biogassen udnyttes direkte i industrielle processer med et stort varmebehov, eller til individuel opvarmning af husholdninger. Her er særligt et solidt varmegrundlag i industrien essentielt for, at biogasanlægget har stabile leverancer af biogas, da biogassen ikke kan lagres over længere perioder ved lav efterspørgsel (energinet.dk 2010). Et eksempel på en sådan udnyttelse af biogas er projektplanerne for etablering af Videbæk Biogas A/S, som via et lokalt biogasnet skal supplere Arla virksomhederne i Danmark; Protein og Arinco, med biogas til industrivarme (Maskinbladet 2014), (Xergi 2014). 66

67 Teknisk analyse Det er også en mulighed at anvende biogassen i et lokalt biogasnet, hvor biogassen føres til et eksisterende naturgasbaseret kraftvarmeværk, der omstilles til anvendelse af biogas. Varmen kan herved distribueres i et eksisterende fjernvarmenet i et område med større varmebehov omkring det pågældende biogasanlæg. For denne type biogasbaserede KV anlæg vil der være den samme risiko for energitab i sommerperioden som beskrevet for lokal biogaskraftvarme (Energinet.dk 2010). Etableringsomkostningerne for motoranlægget vil være lig med data fra lokal biogaskraftvarme, og der vil derudover være omkostninger til gaskabler mellem biogasanlægget og anvendelsesstedet. Etableringsomkostningerne til gaskabler er ikke nærmere bestemt i specialet. Distribution i naturgasnettet Formålet med opgradering af biogas til naturgasstandard og distribution via naturgasnettet er at opnå et større afsætningsmarked, hvilket kan sikre større fleksibilitet og derved mindre tab (COWI 2013). Denne løsning er særligt attraktiv i områder, hvor varmebehovet ikke kan understøtte et KV anlæg og energitabet i sommerperioden, til bortkøling af varmen, udfordrer eller helt fjerner biogasanlæggets indtjeningsgrundlag. Energiaftalen fra 2012, ligestiller støttemæssigt opgradering af biogas til naturgasstandard med anvendelse af biogassen på KV anlæg, hvilket gør opgradering til en særligt interessant mulighed for den fremtidige udbygning af biogas i Danmark (COWI 2013). Teknologi data Biogas til transport Opgradering til Ngas kvali. Rådighedsfaktor: 95 % Enhed Investeringsomkostninger: 0,0263 mio. DKK / (Nm3/time) Forventet levetid: 15 År Kilde (Energistyrelsen 2014c) Tabel 8: Teknologi data - Opgraderingsanlæg En mulighed, der endnu ikke er benyttet i Danmark, er anvendelse af biogas til transport. Der er flere muligheder for anvendelse af biogas til transport, hvor biogassen komprimeres eller opgraderes til naturgasstandard. Danmark adskiller sig dog fra de øvrige EU-lande ved at have meget begrænset anvendelse af gas til transport (COWI 2012). Naturgas som drivmiddel til transport vil ikke have nogen, om end meget beskeden, klimagevinst. Til gengæld kan naturgas i transportsektoren spille en rolle ift. opbygning af et marked og en infrastruktur for anvendelsen af biogas i transportsektoren (Energistyrelsen 2012b) 67

68 Teknisk analyse Figur 33: Afsætningskoncepter 68

69 Teknisk analyse Klimagevinster Anvendelse af husdyrgødning til energiproduktion i husdyrbaserede biogasanlæg er en anerkendt energiteknologi til at nedbringe drivhusgasudledningen både mht. substitution af fossile brændsler og nedbringelse af drivhusgasserne metan (CH 4 ) og lattergas (N 2 O) i landbruget, gennem ændring af gyllehåndteringssystemerne (Hamelin 2013). Dette kapitel har derfor til formål at diskutere, hvilke elementer der er generelle for anvendelsen af husdyrgødning til biogasproduktion samt, hvilke elementer der er centrale ved anvendelse af halm til biogasformål mht. miljø- og klimaeffekter. Misteriet for Fødevare, Landbrug og Fiskeri har udarbejdet en analyse, Landbrug og Klima (2008), som belyser landbrugets muligheder for at bidrage til reduktion af drivhusgasudledningen. Her beskrives det bl.a., at de virkemidler, som har det største potentiale for at bidrage til reduktion af drivhusgasudledningen i landbruget er: (Fødevareministeriet 2008) - Husdyrgødning til biogas - Dyrkning af pileflis - Halm til kraftvarme - Udtagning af lavbudsarealer (Fødevareministeriet 2008) Det vurderes også, at landbrugets bidrag til drivhusgasreduktioner kan øges betydeligt ved en yderligere anvendelse af rest- og affaldsprodukter som f.eks. halm (Fødevareministeriet 2008). CO 2 -reduktionspotentialet bliver i det følgende analyseret ud fra casen beskrevet i kapitel 1. Analysen tager udgangspunkt i, at biogassen kan substituere forskellige brændsler og brændselsanvendelser, hvilket har betydning for den reelle CO 2 -reduktion. Udover denne direkte CO 2 -udledningreduktion i det danske energisystem via substitution af de fossile brændsler kan biogasproduktion også bidrage til reduktion i drivhusgasudledning af CH 4 og N 2 O gennem ændringer i gyllehåndteringssystemerne (Fødevareministeriet 2008). Den største udledning af CH 4 og N 2 O fra landbruget finder sted ved lagring og udbringning af ubehandlet gylle (Fødevareministeriet 2008). I disse situationer opstår anaerobe eller tæt på anaerobe miljøer, hvilket er en forudsætning for dannelsen af CH 4 og øger risikoen for dannelse af N 2 O. Ændringer i gyllehåndteringssystemerne, ved behandling af gyllen i biogasanlæg, hvor CH 4 produceres under kontrollerede forhold, vil derfor kunne nedbringe de utilsigtede CH 4 - og N 2 O-emissioner og dermed nedbringe landbrugets og Danmarks 69

70 Teknisk analyse samlede udledning af drivhusgasser (Fødevareministeriet 2008). Ydermere er CH 4 og N 2 O særligt aggressive drivhusgasser, hvilket betyder, at den varmende effekt at 1 ton CH 4 er tilsvarende udledningen af 21 ton CO 2 og udledning af 1 ton N 2 O har en varmende effekt tilsvarende som 310 ton CO 2 (Sommer et al. 2001). 1 ton CH 4 = 21 ton CO 2 ækv. 1 ton N 2 O = 310 ton CO 2 ækv. (fødevareministeriet 2008) I det følgende beregnes reduktionspotentialet målt i CO 2 ækv. for et biogasanlæg der jf. kapitel 0, der producerer ca m 3 biogas/år og er baseret på husdyrgødning, halm og energiafgrøder. Følgende forudsætninger er opstillet: Der tages udgangspunkt i samme husdyrgødningsandel og oprindelse som præsenteret i gødningsregnskabet kapitel 1. Der anvendes standardværdier for metanudbytte på 14,1 Nm 3 CH 4 pr. ton kvæggylle og 11,5 Nm 3 CH 4 pr. ton svinegylle (Fødevareministeriet 2008). Metanudbyttet fra halm er bestemt i kapitel til Nm3 CH4 pr. ton halm og som energiafgrøder tages der udgangspunkt i græs med en biogasproduktion på 91,18 Nm3 CH4 pr. ton (Elkjær et al. 2013). Metan og lattergas emissionsreduktionerne, der er opnået ved ændret gyllehåndteringssystem forudsættes at være 0,0254 t CO 2 ækv. pr. ton svinegylle og 0,0288 t CO 2 ækv. pr. ton kvæggylle (Fødevareministeriet 2008). Ændringer i metan og lattergas emissioner ved anvendelse af halm og energiafgrøder medregnes ikke. Ved produktion af m 3 biogas ud fra de ovenstående kriterier skal biogasanlægget behandle ton husdyrgødning fordelt med ton svinegylle og ton kvæggylle. Se Tabel 9: Biomasse input ved produktion af 10 mio. Nm3. 70

71 Teknisk analyse Biomasse input Andel TS% ton input Nm 3 CH4/t input metanudbytte Nm 3 metanudbytte Nm 3 Svinegylle 60% 5,33% , Kvæggylle 25% 8,23% , Halm 10% 85,0% , Energiafgrøder (Græs) 5% 33,0% , Total 100% 15,4% Tabel 9: Biomasse input ved produktion af 10 mio. Nm3 Med de givne forudsætninger vil drivhusgasemissionerne, ved produktion af biogas og udbringning af den afgassede biomasse i stedet for den ubehandlede gylle, kunne nedbringes med 3964 t CO 2 ækv. se Tabel 10: Drivhusgasreduktion pr. ton input. Denne drivhusgasemissionsreduktion kan altså tilskrives anlæggets direkte drivhusgasreduktion, som realiseres ved substitution af fossile brændsler fra både varme- og elsiden i det danske energisystem. Input Reduktion/ ton Total reduktion Metan- & Lattergasreduktion ton t CO 2 ækv. t CO 2 ækv. Svinegylle , Kvæggylle , Total 3964 Tabel 10: Drivhusgasreduktion pr. ton input (Fødevareministeriet 2008) Biogassen kan både anvendes som direkte substitution af naturgas, eller substituere el- og varmeproduktion ved kraftvarmeproduktion. Dette medfører, at der i beregningerne som vises i Figur 34: Reduktion af CO2 ækv. / år fordelt på substitutionsbrændsel, er relativt stor variation på CO 2 -reduktionspotentialet over valget af brændsel som substitueres. Det højeste reduktionspotentiale opnås ved substitution af elproduktion baseret på olie og varmeproduktion baseret på henholdsvis olie eller naturgas, hvor der kan opnås en CO 2 - reduktion på over t CO 2 ækv. / år, når bidraget fra den reducerede udledning af drivhusgasser i landbruget medregnes. Ved substitution af elproduktion baseret på kul og varme og samme baseret på olie eller naturgas opnås en tilsvarende CO 2 -reduktion mellem og t CO 2 ækv. / år Det laveste reduktionspotentiale opnås ved en direkte substitution af naturgas, hvor der reduceres ca t CO 2 ækv. / år Variationerne i CO 2 - reduktionspotentialet mellem direkte substitution, el naturgas + varme naturgas og el er beregnet ud fra den danske eldeklaration + varme baseret på naturgas, som er relativt lille ca t CO 2 ækv. / år. Ved substitution af el naturgas + varme olie og el beregnet ud fra 71

72 Teknisk analyse den danske el deklaration + varme baseret på olie opnås et potentiale på ca og t CO 2 ækv. / år Figur 34: Reduktion af CO2 ækv. / år fordelt på substitutionsbrændsel Beregningsmetoden ved valg af substitutionsbrændsel har stor indflydelse for afsætningskonceptet for biogassen ved etablering af biogasanlæg med hensyn til CO 2 - reduktionspotentialet. Opgradering af biogas og derved direkte substitution af naturgasser giver det mindste CO 2 -reduktionspotentiale, men alt afhængig af, hvordan el- og varmeproduktionen tilregnes ved kraftvarmeproduktion, er incitamentet til opgradering af biogassen mindre, hvis kraftvarmeproduktionen tilregnes som substitution af kul eller olie Delkonklusion Husdyrgødningsbaserede biogasanlæg bidrager med en væsentlig drivhusgasreduktion i landbruget på 25,4 kg CO 2 ækv. / ton behandlet svinegylle og 28,8 kg CO 2 ækv. / ton behandlet kvæggylle. Dette skyldes de afledte effekter af en optimering af gyllehåndteringssystemerne. Et biogasanlæg som beskrevet i kapitel 1 vil derved kunne bidrage med en reduktion i drivhusgasudledningen på ton CO 2 ækv. / år. Udover en reduktion i drivhusgasudledning ved en optimeret gyllehåndtering opnås der også CO 2 - reduktioner som følge af substituering af fossilt brændsel i varme- og elproduktionen. CO 2 - reduktionpotentialet varierer dog væsentligt over afsætningsformerne og hvis kraftvarme fra biogasproduktion substituerer el-produktion baseret på f.eks. kul eller olie opnås der et dobbelt så højt CO 2 -reduktionspotentiale end det er gældende, når biogasopgradering substituerer naturgas som brændsel. Et biogasanlæg som beskrevet i kapitel 1 fortrænger derved ca ton CO 2 ækv. / år ved kraftvarmeproduktion (substituering af elproduktion fra kul) og ca ton CO 2 ækv. / år ved fortrængning af naturgas som brændsel. Planlægningen af nye biogasanlæg skal derfor som udgangspunkt baseres på kraftvarmeproduktion, hvis dette er muligt, for opnåelse af den højest mulige CO 2 -reduktion. 72

73 Teknisk analyse Ligestillingen af opgraderingen af kraftvarmeproduktion kan føre til, at det fulde CO 2 - reduktionspotentiale ikke udnyttes, til gengæld giver det væsentligt bedre betingelser for biogasproduktion, hvor der ikke er et varmebehov. Det er derfor vigtigt, at der i den fremtidige biogasudbygning tages højde for afsætningsform, både ud fra driftsøkonomiske parametre og ud fra opfyldelsen af den danske klimamålsætning. Biogasproduktion baseret på lignocellulosisk biomasse, såsom halm, vil medføre et højere C/N-forhold i reaktortanken pga. halmens relativt høje C/N-forhold. Dette kan have en hæmmende effekt på gasproduktionen, hvilket har en negativ effekt på driftsøkonomien. Et højt TS-indhold og dermed højt C/N-forhold medfører dog også et reduceret behovet for reaktorvolumen pr. produceret m 3 biogas og kan derved nedbringe investeringsomkostningerne ved etablering af biogasanlæg. Optimum mellem C/N-forhold og investeringsomkostninger til reaktorvolumen er ikke nærmere bestemt, men kan spille en rolle i planlægningen af biogasanlæg baseret på lignocellulosiske biomasse. Lignocellulosisk biomasse kræver forbehandling ved anvendelse til biogasformål og der tages i specialet udgangspunkt i mekanisk forbehandling. Mekanisk forbehandling af halm giver et relativt højt metanpotentiale og specialets metanpotentialeforsøg påviser ikke en forskel i biogasproduktion fra halm og svinegylle målt i ml CH 4 /g VS. Kvæggylle må dog forventes at give et højere metanudbytte i ml CH 4 /g, da VS og CSTR-forsøgene viser metanudbytter på henholdsvis 368,75 ml CH 4 / g VS for blandet husdyrgødning og 217,4 ml CH 4 / g VS for vinterhvede halm. På trods af det lavere metanudbytte målt pr. enhed VS viser CSTRforsøgene også, at der er et stort potentiale for anvendelse af halm til biogasproduktion og at gasproduktion stiger med op imod 550 % pr. enhed input biomasse ved anvendelse af halm og husdyrgødning fremfor afgasning af 100% husdyrgødning. Halm kan derved bidrage til en markant øget gasproduktion i forhold til reaktorvolumen og derved nedbringe investeringsomkostningerne. 73

74 Teknisk analyse 5.3 Landbrug som leverandør og aftager af biomasse Landbruget leverer i dag størstedelen af det organiske materiale til de danske biogasanlæg. Dette skyldes, at de danske biogasanlæg, for størstedelens vedkommende, er husdyrsgødningsbaserede biogasanlæg jf. kapitel 5. I dette kapitel beskrives landbrugets rolle som biomasseleverandør med fokus på anvendelsen af halm og husdyrgødning til biogasproduktion, samt landbrugets rolle som aftager af den afgassede biomasse Bæredygtighed og regulering af biomasse Der udnyttes i dag en lang række primærprodukter og biprodukter fra dansk landbrug til energiproduktion, og hvis den nuværende produktion af fødevarer i det danske landbrug skal opretholdes er det på kort sigt, ikke muligt at øge biomasseanvendelsen fra primærprodukter væsentligt (Jørgensen et al. 2013). Samtidig er der en række bæredygtighedsforhold opstillet af EU og en stram regulering af anvendelsen af energiafgrøder til biogasformål i Danmark. Det er derfor nødvendigt at finde anvendelse for landbrugets biprodukter i en større udstrækning end det ses i dag, for at sikre en bæredygtig udbygning af biogasproduktion. Særligt biprodukterne halm og husdyrgødning kan med store uudnyttede ressourcer bidrage betydeligt til dansk biogasproduktion baseret på dansk biomasse (Jørgensen et al. 2013) Der vil derfor i dette kapitel belyses bæredygtighedskriterier, regulering samt biomassegrundlaget for en øget udnyttelse af landbrugsbiprodukterne halm og husdyrgødning til biogasformål. Bæredygtighedskriterier&&& Bæredygtighed for biogasproduktion kan anskues som biogasproduktionens påvirkning af miljøforhold, såsom udledning af drivhusgasser, ændrede forhold for biodiversitet, ændring af jordkvalitet, luftkvalitet og vandkvalitet samt ændringer i landskab og arealanvendelse (Energistyrelsen 2014b). EU opstiller i VE-direktivet en række bæredygtighedskriterier for biobrændstoffer og flydende biobrændsler, der kan have indflydelse på anvendelsen af halm til biogasformål. I det følgende vil der foreligge en kort skematisering af disse, da biogas kun kan medregnes som bidrag til de nationale mål og internationale forpligtelser for CO 2 -udledningsreduktion og andel af vedvarende energikilder af det nationale energiforbrug, hvis disse bæredygtighedskriterier opfyldes (VE-direktiv 2009). De overordnede bæredygtigheds kriterier for biogasproduktion opstillet af EU er: 1. Drivhusgas udledning Besparelsen i drivhusgasemissioner ved anvendelse af biogas skal mindst være 35 % og dette strammes til 50 % i Ydermere skal alle anlæg, der tages i brug efter den 1. Januar 2017 have en besparelse i drivhusgasemissioner på mindst 60 % i (VE-direktiv 74

75 Teknisk analyse 2009) Dette gør biogasproduktion baseret på energiafgrøder til en usikker strategi ved udbygningen af biogasproduktion grundet energiafgrødernes mindre reduktion i drivhusgasudledningen jf. kapitel og kan derved være med til at gøre anvendelsen af rest- og biprodukter fra landbruget mere attraktivt. 2. Biodiversitet Halm fra græsarealer med høj biodiversitet, må ikke anvendes til biogasproduktion, disse er: Naturlige dvs. græsarealer, der ville forblive græsarealer uden menneskelig intervention, og som opretholder den naturlige artssammensætning og de økologiske kendetegn og processer. Ikke-naturlige græsarealer, som er artsrige, medmindre det er nødvendigt at høste for at bevare disse som græsarealer (VE-direktiv 2009). Dette er ikke centralt for de dyrkede landområder, og dermed landbrugets rolle som biomasseleverandør, men kan have betydning for anvendelse af biomasse fra naturarealer. 3. Naturligt kulstoflager Biomasse fra områder med stort kulstoflager må ikke anvendes til biogasformål: Vådområder Sammenhængende skovarealer på over en ha med mindst 30% krondække og en højde på over 5 meter. Tørvebundsarealer, medmindre det kan dokumenteres, at biomassehøst ikke indebærer afvanding af hidtil u-drænet jord (VE-direktiv 2009). Landbrugets rolle som biomasseleverandør vil kun i relativt lille grad, være begrænset af bæredygtighedskriterierne fordi det kun er anvendelse af biomasse fra områder med højt naturligt kulstoflager der reguleres og anvendelsen af halm og husdyrgødning berøres derfor ikke. EU s bæredygtighedskriterier vil ikke have negativ indflydelse på anvendelsen af halm og husdyrgødning produceret i landbruget, men kan have en relativt lille grad af begrænsning i forhold til anvendelse af halm af græshalm fra naturområder. Derudover skaber bæredygtighedskriterierne for drivhusgasudledning en begrænsning for afvendelsen af energiafgrøder. Dette medfører, at EU s bæredygtighedskriterier er med til at gøre landbruget til en attraktiv leverandør af biomasse i form af bi- og restprodukter til biogasproduktion. 75

76 Teknisk analyse Dansk&regulering&af&energiafgrøder& Den danske lovgivning for anvendelse af energiafgrøder og bæredygtighed er ikke vedtaget på nuværende tidspunkt og støtten til biogas gives derfor uafhængigt af, hvilken biomasse der anvendes i biogasproduktionen (TBL ). Det er dog indskrevet i LBK 1330 af 2013, at klima-, energi- og bygningsministeren kan fastsætte regler med kriterier for bæredygtighed, og at modtagelse af støtte er betinget, som ministeren tilkendegiver: (LBK ) Jeg er indstillet på at udnytte hjemmelen til at fastsætte bæredygtighedskriterier, så biogas, der produceres på basis af en ikkebæredygtig produktion af hovedsagelig majs, men også andre afgrøder, ikke kan opnå støtte. Martin Lindegaard (LBK ) Regulering af anvendelsen af energiafgrøder og regler vedrørende bæredygtighed tænkes derved reguleret mht. støtteordningerne. Dette beskrives også i et notat fra energistyrelsen om bæredygtighedskriterier for biogas. I notatet fremgår det, at støtten til biogasproduktion kan medføre en betydelig udbredelse af majsdyrkning i Danmark på arealer, der i dag anvendes til produktion af fødevarer (Energistyrelsen 2014b). Derfor bør det indgå i bæredygtighedskriterierne, at ændringer i arealanvendelse kan medføre indirekte Land Use Changes (ILUC), dyrkning af energiafgrøder fortrænger dyrkning af foder eller fødevarer, som derfor må dyrkes et andet sted og derved skabes afledte negative miljøeffekter (Energistyrelsen 2014a). Før en indskrivning af bæredygtighedskriterier for energiafgrøder i Lov om fremme af vedvarende energi mv. foreligger kan dette medføre, at majs og/eller andre energiafgrøder indgår som biomasse til biogasproduktionen i en uhensigtsmæssig grad og at en ukritisk øget biogasproduktion i dette tilfælde kan resultere i, at miljø- og klimafordelen ved biogasproduktion reduceres eller helt bortfalder (TBL ). Derfor peger TBL 182 af 2012 også på, at biogasproduktionen i Danmark skal baseres på husdyrgødning, restprodukter og affaldsprodukter (TBL ). Aftale&om&fremtidige&bæredygtighedskriterier&& Forligsparterne bag energiforliget 2012 har på bagrund af overvejelserne i TBL 182 af 2012 aftalt principperne for de fremtidige bæredygtighedskriterier (Energistyrelsen 2014b). Af principperne fremgår det, at energiafgrøder, der anvendes som biomasse til biogasproduktion i perioden fra 2015 til 2017 højst må udgøre 25 % af det samlede biomasse input, der tilgår biogasanlægget. I perioden fra 2018 til 2020 strammes dette 76

77 Teknisk analyse yderligere og energiafgrøder må i denne periode højst udgøre 12 % af det samlede biomasse input (Energistyrelsen 2012b). Fra 2021 og fremefter vil reguleringen af energiafgrøder afhænge af en evaluering af de ovenfor stående mængder og sammenhængen mellem biogasudbygningen og metanudbyttet (Energistyrelsen 2012b). Biogasanlæggene i Danmark har indstillet sig på denne virkelighed og overvejer derfor anvendelsen af restprodukter fra landbruget, såsom halm. Ydermere ejes en del biogasanlæg af landmænd, som ikke er interesseret i, at biogasanlægget går ud og lejer jord til dyrkning af energiafgrøder, da dette kan skabe øget efterspørgsel på leje af jord og dermed øge priser på leje af jord (int. Jensen ,55 min). De tiltænkte energiafgrøder, der skal reguleres af bæredygtighedskriterierne er valgt på baggrund af, at de har et højt tørstofproduktion pr. ha, hvilket gør dem ekstra attraktive i forhold til anvendelse til biogasformål (Energistyrelsen 2014b). På den nuværende liste over energiafgrøder der tænkes reguleret er bl.a. majs, roer, korn og græs. I Tabel 11: Regulering af energiafgrøder til biogasproduktion angives de regulerede afgrøder og den tilhørende input procent ved biogasproduktion (Energistyrelsen 2014b). Afgrøde Majs Kolber Helsæd Roer Top og rod Rod Korn Kerner Helsæd Græs Helsæd fra græs i omdrift Kløvergræs Helsæd Jordskokker Rod Tabel 11: Regulering af energiafgrøder til biogasproduktion (Energistyrelsen 2014b) Højst 25% Højst 12 % Regulering af energiafgrøders anvendelse til biogasformål danner grundlag for et behov for at afklare, om og hvordan alternative biomasser som halm, kan anvendes til biogasproduktion, således at den økonomiske afhængighed af energiafgrøder kan nedbringes (Birkemose et al. 2013). 77

78 Teknisk analyse Biomassegrundlag for halm til biogasformål i Danmark På baggrund af ovenstående regulering af energiafgrøder og det faktum, at organisk industriaffald egnet til biogasproduktion i Danmark i dag er anvendt til biogasproduktion, og at det derfor er vanskeligt at pege på nye industrier, der som en del af aktiviteten kommer til at producere betydelige mængder affald gør det attraktivt at afklare udnyttelsesmulighederne af restprodukter såsom halm (Birkemose et al. 2013). Da udnyttelsen af halm ikke reducerer fødevaregrundlaget og dermed ikke indebærer en ILUC-effekt kan udnyttelsen af halm ligge til grundlag for en relativt entydig positiv effekt på f.eks. drivhusgasregnskabet (Jørgensen et al. 2013). Til gengæld kan en ukritisk udnyttelse påvirke jordens kulstofpulje og den mikrobielle aktivitet negativt, hvilket diskuteres i kapitel (Jørgensen et al. 2013). I dette kapitel vurderes potentialet for anvendelse af halm til biogasformål på bagrund af de opgjorte mængder samt anvendelse af halm dyrket i Danmark. Data fra statistikbanken (Danmarksstatistik), samt jordbrugsanalyser.dk (ministeriet for fødevarer, landbrug og fiskeri) m.fl. ligger til grund for analyserne, mens der inddrages perspektiver fra andre relevante kilder til diskussion af det faktiske potentiale. I Danmark dyrkes der korn svarende til en halmproduktion på ca ton. Dette potentiale kan teoretisk anvendes til energiformål, men med den nuværende landbrugsstruktur må det forventes, at landbrugsproduktionen fortsat primært vil være rettet mod anvendelse til foder (Birkemose et al. 2013) Hvis der derfor tages udgangspunkt i den mængde halm, der ikke bjerges fra de danske marker, samt den allerede udnyttede halm til fyring og strøelse er potentialet ca ton halm til energiformål. Til biogasformål må der yderligere fratrækkes den andel af halmen, der i dag anvendes til fyring, hvilket giver et potentiale på ca ton halm. Se Tabel 12 Hele landet Mængde (1.000 ton) Halm år GNS Til fyring 1527,5 1430, ,7 1504,9 Til foder 1070,2 1095,3 1144,2 1019,5 1082,3 Til strøelse m.v. 608,9 647,7 661,5 693,8 653,0 Ikke bjerget 1723,2 1791,8 1811,5 2136,3 1865,7 Halm i alt 4929,8 4965,3 5354,2 5174,3 5105,9 Potentiale biogasformål 2518,7 Tabel 12: Halm i ton for helle landet fordelt på anvendelse (Danmarks statistik 2014) Tages der udgangspunkt i halmgundlaget, som er tilgængeligt til dækning af det fremtidige halmbehov i biogasproduktionen, udgør det i dag ca. 50 % af den totale halmmængde. Derudover kan den halm, der anvendes i den animalske landbrugsproduktion blive 78

79 Teknisk analyse tilgængelig til biogasformål, som resultat af husdyrgødning fra halm anvendt til foder. Denne mængde tilregnes biomassegrundlaget fra husdyrgødning og ikke biomassegrundlaget fra halm se i Figur 35. Figur 35: Halmpotentialet for anvendelse til biogasformål (Danmarks Statistik 2014) Et potentiale på 50 % af al halm dyrket i Danmark, eller minimum ton halm er højst sandsynligt, hverken teknisk eller økonomisk relevant at udnytte til biogasformål. Den fremtidige udnyttelsesgrad af den danske halm til biogasformål vil afhænge af økonomiske incitamenter for at bjerge halmen fra markerne og dermed også halmprisen. Forudsætninger for det fremtidige biomassegrundlag for halm er også relevant, da andre anvendelser af halm end udnyttelse til biogasformål kan spille ind i forhold til halmpotentialet på sigt. Potentialet vurderes til, at i 2020, at være 3,0-3,6 mio. ton fratrukket anvendelse til foder og strøelse, hvis anvendelse til fyring samt andre fremtidige anvendelser, såsom forgasning, bioraffinering og halmpiller også fratrækkes vurderes det, ifølge Birkemose et al at der er et tilgængeligt biomassegrundlag for halm på ca. 1,8 mio. ton i 2020 (Birkemose et al. 2013). Dette biomassegrundlag kan, med den forudsætning at halm udgør 10 % af biomasseinputtet i husdyrgødningsbaserede biogasanlæg, danne grundlag for en biogasudbygning på ca. 15 PJ 1 og anses derfor i specialet at være et fyldestgørende grundlag for biogasudbygningen beskrevet i kapitel 5. Ikke alle halmtyper repræsenterer lige store dele af halmpotentialet og i Tabel 13: Halmpotentialet fordelt på halmtype fremgår det, at de utvivlsomt største halmpotentialer stammer fra dyrkning af vinterhvede og vårbyg. Der vil derfor i dette speciale være fokus på disse halmtyper i den videre analyse. 1!1,8!mio!ton!halm!TS!%!93;!VS/TS%!95;!GJ/ton!VS!7,68! 18!mio!ton!husdyrgødning!TS!4%;!VS/TS!63%;!GJ/ton!VS!7,14! Halm!=!217,5!Nm3!CH4!/!ton!VS!og!husdyrgødning!=!!368,6!Nm3!CH4!/!ton!VS!jf.!kapitel!5.2.11! 79

80 Teknisk analyse Hele landet Mængde (1.000 ton) Halm År GNS Vinterhvede 2747,8 2610, ,4 2490,1 Vårhvede 31,9 42,9 77,1 74,1 56,5 Rug 203,8 235,4 307,5 421,5 292,1 Triticale ,4 91,7 59,5 100,9 Vinterbyg ,9 356,8 372,6 389,6 Vårbyg 1208,7 1389,5 1875,5 1799,8 1568,4 Havre og blandsæd 164,6 134,9 181,5 187,9 167,2 Halm i alt 4929,8 4965,3 5354,2 5174,3 5105,9 Tabel 13: Halmpotentialet fordelt på halmtype (Danmarks statistik 2014) Vinterhveden dyrkes med en stor udbredelse på Sjælland og øerne samt Fyn. Her er tilgængeligheden af vinterhvede altså høj, det er her det ikke-bjærgede vinterhvede halmressourcer er størst. De ikke-bjærgede vinterhvedehalm ressourcer i Region Sjælland er ca ton i 2013 ifølge data fra Danmarksstatistik se Tabel 13: Halmpotentialet fordelt på halmtype. I Jylland er der en tydelig opdeling, hvor vinterhvede dyrkes ved de østlige kyster og kun meget sporadisk i midt- og Vestjylland. Dette betyder, at vinterhvedehalm til biogasproduktion ikke er tilgængelig i samme grad her, som det er tilfældet for det østlige Jylland, Sjælland og øerne samt Fyn. Halmudbytte og halmanvendelse efter enhed, afgrøde, tid, område og anvendelse Mængde (1000 ton) Vinterhvedehalm 2013 Halm i alt Fyring Foder Tabel 14: Vinterhvedehalm efter område strøelse m.v. Ikke bjerget Region Hovedstaden 101,7 29,1 7,2 6,2 59,2 Region Sjælland 627,6 277,1 15, ,9 Landsdel Fyn 303,5 126,7 41,1 32,4 103,2 Landsdel Sydjylland 284,7 67,9 40,8 47,1 128,9 Landsdel Østjylland 366, ,5 34,5 148,8 Landsdel Vestjylland 149,6 26,1 26,7 21,9 74,9 Dyrkning af vårbygen er til gengæld rigt tilgængeligt i Midt- og Vestjylland, hvor vinterhveden kun findes i relativt begrænsede mængder. Region Sjælland har også et relativt højt vårbyghalmspotentiale på ca ton. Generelt dyrkes vårbyg mere eller mindre i hele landet og der er en høj tilgængelighed. Se Tabel

81 Teknisk analyse Halmudbytte og halmanvendelse efter enhed, afgrøde, tid, område og anvendelse Mængde (mio. kilo) Vårbyghalm 2013 Halm i alt Fyring Foder Tabel 15: Vårbyghalm efter område Strøels e m.v. Ikke bjerget Region Hovedstaden 47,1 5,7 13,8 3,8 23,9 Region Sjælland 408, ,4 32,9 167,9 Landsdel Fyn 120,4 36,3 34,7 12,4 37 Landsdel Sydjylland 348,7 24,6 144,9 102,4 76,8 Landsdel Østjylland 216,4 45,5 76,2 20,3 74,4 Landsdel Vestjylland 390,9 23, ,1 131,9 Kilde: Danmarks statistik 2014 Halmudbyttet varierer fra år til år og med de ovenstående halmpotentialer er ikke en sikkerhed, at der i et hvert givent år vil være et tilsvarende halmpotentiale tilgængeligt til biogasformål. I vinteren opstod der problemer med halmforsyningen pga. svigtende halmudbytter grundet en våd sommer og et vådt efterår (Jørgensen et al. 2013). De danske fjernevarmeværker manglede i denne situation ca. 25 % af den planlagte halmmængde (Jørgensen et al. 2013). Dette betød en stigning i varmeprisen flere steder i landet, da der i stedet måtte fyres med naturgas eller halmpiller (Jørgensen et al. 2013). Det er derfor vigtig at have supplerende tilgængelige ressourcer eller begrænse biogasudbygningen baseret på halmressourcer, så der ikke opstår år, hvor halmudbyttet ikke kan dække halmbehovet (Jørgensen et al. 2013) Landbrugets interesse i afsætning af halm og afregningspris En anden afgørende faktor for udnyttelsen af de eksisterende halmressourcer og understøttelsen af halmbehovet til biogasproduktion, er landbrugets interesse i afsætning af halm til biogasformål. I det følgende undersøges, hvilke faktorer der er bestemmende for landbrugets interesse i forhold til afsætning af halm. Undersøgelsen tager udgangspunkt i en survey foretaget af Dansk Landbrug Sydhavsørene (DLS) for landmænd i Region Sjælland. Der vil i beskrivelsen være særligt fokus på landbrugets begrundelser for ikke at bjærge og anvende halm til energiformål, samt hvilken indflydelse halmpris ab landmand har for udnyttelsen af de eksisterende danske halmressourcer. Det skal her nævnes, at en regional survey ikke er fyldestgørende som grundlag for nationale betragtninger, men surveyen kan anvendes som diskussionsgrundlag for landbrugets generelle interesse i at anvende halm til energiformål samt udstikke problemstillinger for den fremtidige anvendelse af halm til energiformål, som er generelle for det danske landbrug. Surveyens resultater viser, at der i Region Sjælland er stor bevidsthed omkring halmens værdi som jordforbedring og kulstofkilde til jorden og mange bedrifter er aktive i forhold til 81

82 Teknisk analyse tiltag, der har som mål at tilføre landbrugsjorden organisk materiale. 16 % af de adspurgte bedrifter i undersøgelsen fjerner derfor aldrig halm, og finder de jordforbedrende effekter meget vigtige eller vigtige (Jørgensen 2014). Det kan formodes, at der i Region Sjælland er en øget opmærksomhed på halmens jordforbedrende og kulstof tilbageførende effekter, da regionen har store områder med et relativt højt dexterindex på 10 eller derover. Se evt. Figur 42, kapitel % af besparelserne i undersøgelsen er bedrifter fra Sydhavsøerne inkl. Vordingborg kommune, som har det absolut højeste dexterindex tal i Danmark. De 16 % der aldrig bjærger halm på deres bedrifter er derfor ikke repræsentative for nationale betragtninger, men det kan antages, at halmens jordforbedrende og kulstof tilbageførende egenskaber har betydning for landbrugets villighed til at anvende halm til energiformål. 77 % af de adspurgte bedrifter ønsker at sælge halm til energiformål, og for disse bedrifter er et positivt dækningsbidrag og dermed halmprisen, den mest afgørende faktor (Jørgensen 2014). Figur 36 viser bedrifternes halmafregningspris 2013/2014 og bedrifternes vurdering af et attraktivt prisniveau for både bedrift og halmaftager. 25 % af bedrifterne vurderer, at en attraktiv pris for bedrift og halmaftager bør afregnes til > 650 DKK/ton, 21 % vurderer, at en attraktiv pris ligger mellem DKK/ton og 50 % vurderer, at prisen er attraktiv ved en pris på mellem DKK/ton (Jørgensen 2014). Figur 36: Halmprisen i 2013 og den attraktive halmpris for delt på bedrifter (Jørgensen et al. 2014) Den attraktive afregningspris for bedrifter, som hovedsageligt er afhængig af et positivt dækningsbidrag, er betinget af omkostningerne i de led som halmen skal igennem før levering ab anlæg. De led som halmen skal igennem før levering ab anlæg er vist på Figur 37 (punkt 1-8). & 82

83 Teknisk analyse Figur 37: Halmlogistik fra mark til anlæg 1. Tørring på mark 2. Presning af halmballer 3. Håndtering: Pålæsning 4. Transport til gård 5. Håndtering: Aflæsning lade 6. Opbevaring: Lade 7. Håndtering: pålæsning 8. Transport til anlæg 9. Håndtering: aflæsning anlæg 10. Opbevaring: Lager 11. Halm indføring 12. Biogasanlæg (Punkt 1) Omkostningerne til halmtørring varierer fra år til år og afhænger bl.a. af, hvor mange gange halmen skal vendes på marken før den presses (punkt 2) (B). I den videre redegørelse for omkostningerne forbundet med levering af halmballer ab anlæg vil der derfor ikke medtages udgifter til halmtørring pga. denne usikkerhed (B). (Punkt 2) Omkostninger forbundet med presning af halmballer afhænger af bl.a. jordtype samt halmudbyttet og omkostningerne vurderes at variere mellem DKK/ton (A). (Punkt 3) og (Punkt 4) Pålæsning og transport til gård vurderes til at variere mellem DKK/ton, her er det igen faktorer såsom halmudbytte, jordtype mv., der er afgørende for forbundne omkostninger og der vil være variationer fra år til år. (Punkt 5-8) Lager an anlæg og transport til anlæg indeholdt omkostninger til af og pålæsning vurderes til henholdsvis 100 DKK/ton og 25 DKK/ton, disse udgifter vil være stabile fra år til år og er vurderet til at være ens for alle jordtyper. Der skal til omkostningerne også tilskrives udgifter til forsikring, som vurderes til ca. 2 DKK/ton. Samlet varierer omkostningerne for alle led, fra mark til anlæg, mellem DKK/ ton og en gennemsnitlig omkostning vurderes derfor til at være 427 DKK/ton. 83

84 Teknisk analyse Figur 38: Dækningsbidrag halm ab anlæg Omkostninger fordelt på led mellem mark og biogasanlæg Dkk/ton! 500!kr! 450!kr! 400!kr! 350!kr! 300!kr! 250!kr! 200!kr! 150!kr! 100!kr! 50!kr! 0!kr! Halmtansport! Forsikring! Lager!an!gård! Hjemkørsel! Halmpresning!! Til omkostningerne for punkt 1-8 Figur 38 skal der tilregnes bedriftens profit og i Figur 39 illustreres variationen i afregningsprisen ab anlæg sammenholdt med de attraktive afregningspriser fundet i surveyen. Anskues omkostningerne i forhold til afregningen er det udelukkende høje omkostninger sammenholdt med en lav afregningspris, hvor der opstår et negativt dækningsbidrag på op imod -55 DKK/ton. Den gennemsnitlige omkostning sammenholdt med afregningsprisen vil til alle omkostninger fra lav til høj give et positivt dækningsbidrag og det må derfor forventes, at afregningsprisen for halm vil fordele sig mellem 510 og 650 Dkk/ton, hvor de biligste ressourcer anvendes først. Tages der udgangspunkt i korte og lange kontrakter på halmleverencer (5 til 10 år) vil afregningsprisen mht. bedriftens sikkerhed for profit og biogasanlæggets behov for en billig ressource kunne indfinde sig mellem 560 og 610 Dkk/ton. Der vil I specialets økonomiske analyse anvendes en forsigtig tilgang til halmpris, med hensyntagen til landbrugets villighed i forhold til at være biomasseleverandør til biogasproduktion og der regnes derfor med en halmpris på 650 DKK/ton. Figur 39: En attraktiv halmpris sammenholdt med dækningsbidrag halm ab. anlæg Attraktive afregningspriser sammenholdt med omkostninger Dkk!/!ton!! 700! 650! 600! 550! 500! 450! 400! 350! 300! Omkostninger!Dkk/ton!! omkostninger Afregningspris Lav Afregningspris Mellem Afregningspris Høj Afregningspris Højest 84

85 Teknisk analyse Biomassegrundlag for husdyrgødning til biogasformål i Danmark I Danmark er den mest tilgængelige biomasse husdyrgødning, hvilket skyldes den høje koncentration af husdyrbrug i Danmark. Der er derfor også lagt op til en massiv udnyttelse af husdyrgødningen til biogasformål. Den måske mest ambitiøse målsætning er formuleret i VKregeringens klimaudspil Grøn Vækst fra 2009, som opstiller en målsætning om en udnyttelse på 40 % af den samlede danske producerede mængde husdyrgødning (Grøn Vækst 2009). Birkemose et al. (2013) vurderer, at der ca. opsamles 35 mio. ton husdyrgødning gennemsnitligt i Danmark pr. år, i form af gylle ca. 31,5 mio. ton, dybstrøelse ca. 3,6 mio. ton, staldgødning ca. 0,5 mio. ton samt ajle ca. 0,3 mio. Ton (Birkemose et al. 2013). Det er således 88 % af den totale mængde opsamlede husdyrgødning, som ifølge Birkemose et al. (2013) er af husdyrsgødningstypen gylle (Birkemose et al. 2013). I dag udnyttes ca. 5-7 % af den opsamlede husdyrgødning til biogasproduktion, hvilket betyder en stigning på %-point inden 2020, hvis VK-regeringens målsætning skal indfries. Det forventes derfor, at en stor andel af den fremtidige biogas udbygning i Danmark skal baseres på husdyrgødning (Birkemose et al. 2013), (Grøn Vækst 2009). Kvæg- og svinegylle udgør ca. 96 % af den opsamlede gylle med henholdsvis 12,5 mio. ton og 17,5 mio. ton og udgør derfor også mængdemæssigt de største potentialer som basis for en udbygning af husdyrgødningsbaserede biogasanlæg i Danmark (Birkemose et al. 2013). Biomassegrundlaget fra dybstrøelse er primært baseret på dybstrøelse fra kvægbedrifter, som udgør ca. 80 % af den totale mængde (Birkemose et al. 2013). Type Mio. ton / år Gylle Mio. ton / år Dybstrøelse Kvæg 12,6 2,847 Svin 17,6 0,261 Fjerkræ 0,021 0,294 Pelsdyr 1,3 0 Heste 0 0,176 Får 0 0,047 Geder 0 0,008 Hjorte 0 0,001 Total 31,521 3,634 Tabel 16: Ressourcegrundlag husdyrgødning fordelt efter type (Birkemose et al. 2013). Tørstofindholdet (TS) i husdyrgødning varierer fra bedrift til bedrift og over de forskellige staldsystemer. Birkemose et al. (2013), har undersøgt TS% for gylle, dybstrøelse og fastgødning leveret ab anlæg på 9 danske biogasfællesanlæg. Tørstofindholdet (TS) i 85

86 Teknisk analyse husdyrgødning har stor indflydelse på metanudbyttet pr. ton biomasser, der tilgår biogasanlægget og dermed driftsøkonomien ved anvendelse af husdyrgødning til biogasproduktion (Birkemose et al. 2013). Gyllemængden der produceres i Danmark er ca. en 10/1 i forhold til dybstrøelse, men udregnes tørstofindholdet i de to husdyrgødningsfraktioner finder man, at tørstofindholdet i gyllefraktionen er en faktor 2/1 i forhold til dybstrøelse pga. af det relativt lave tørstofindhold gyllen har set i forhold til dybstrøelse (Birkemose et al. 2013). Tabel 17 viser tørstofprocenter i gennemsnit fra 9 biogasfællesanlæg og den samlede tørstofmængde tilgængelig til biogasproduktion i Danmark fra gylle, dybstrøelse og fastgødning. Gylle Dybstrøelse Fastgødning Kvæg Slagtesvin Søer Mink Kvæg Svin Kyllinger Høns Kvæg Svin Høns 7,5% 5,5% 4% 4,1% 25% 30% 55% 60% 20% 23% 30% I!alt!1,889!mio.!ton! I!alt!!1,020!mio.!Ton! I!alt!0,098!mio.!Ton! Samlet!set!3,007!mio.!ton!TS! Tabel 17: Tørstofindhold i husdyrgødning fordelt på type (Birkemose et al. 2013; red. forfatter) 86

87 Teknisk analyse Anvendelse og regulering af gødningsproduktet afgasset biomasse Der reguleres efter flere regler ved udbringning af afgasset biomasse fra husdyrgødningsbaserede biogasanlæg. I det følgende kapitel redegøres der for de vigtigste hensyn, barrierer og gevinster ved anvendelse af gødningsproduktet afgasset biomasse fra husdyrsbaserede biogasanlæg med halm som biomasseinput. Der vil som udgangspunkt rettes fokus mod slambekendtgørelsen, harmonikrav, gødningsregnskab, kvælstofudvaskning samt jordkvalitet. Gødningsanvendelsen af afgasset biomasse i landbruget reguleres ved husdyrbekendtgørelsen, hvis 75 % af biomasseinputtet målt i tørstof har oprindelse i husdyrgødning, hvis der er mere end 25 % af tørstoffet har oprindelse som affald reguleres gødningsproduktet efter slambekendtgørelsen. Ved udbringning skal begge disse bekendtgørelser overholdes samt regler og bestemmelser i bekendtgørelsen om jordbrugets anvendelse af gødning i planperioden. Harmonikrav&ifølge&husdyrbekendtgørelsen&& Harmonikravet i bekendtgørelse om erhvervsmæssigt dyrehold, husdyrgødning, ensilage m.v. må der på bedrifter med f.eks. slagtesvin højst udbringes husdyrgødning og afgasset vegetabilsk biomasse i en mængde svarende til 1,4 dyreenheder (DE) / ha pr. planperiode eller 140 kg N/ha pr. planperiode (BEK ). Bedrifter med kvæg eller geder må udbringe 1,7 DE/ha, 170 kg N/ha og særligt gør det sig gældende, at bedrifter hvor 2/3-dele af husdyrholdet er kvæg må der udbringes 2,3 DE/ha, 230 kg N/ha (BEK ). Når en bedrift har en større mængde husdyrgødning end areal til udbringning ifølge ovenstående krav skal denne mængde afsættes til: 1) en registreret virksomhed, jf. 2 i lov om jordbrugets anvendelse af gødning og om plantedække, 2) et biogasanlæg, 3) et fællesanlæg, 4) et forarbejdningsanlæg, 5) som forarbejdet husdyrgødning 6) et miljøgodkendt anlæg, der kan forbrænde affald i henhold til reglerne i bekendtgørelse om anlæg, der forbrænder affald, eller eksport. (BEK ). 87

88 Teknisk analyse Udbringning&af&afgasset&biomasse&i&forhold&til&slambekendtgørelse&&&&&&& Slambekendtgørelsen stiller generelle krav til affald, som anvendes i biogasanlæg og den medfølgende anvendelse af gødningsproduktet til jordbrugsformål (BEK ). Affaldet og den afgassede biomasse skal overholde en række grænseværdier for metaller, tungmetaller og miljøfremmede stoffer (BEK ). For at sikre, at affaldet der til går et husdyrgødningsbaseret biogasanlæg overholder disse grænseværdier og i øvrigt ikke er miljøskadeligt skal al affald, der tilgår anlægget prøvetages og analyseres (BEK ). På landbrugsarealer, der tilføres affald, må den samlede tilførsel af næringsstoffer i form af affald og husdyrgødning ifølge slambekendtgørelsen ikke overstige 170 kg N og 30 kg P pr. ha/år. For affald, der består af mere end 75% husdyrgødning regnet i tørstof, træder reglerne i bekendtgørelse om erhvervsmæssigt dyrehold, husdyrgødning, ensilage mv. som tidligere nævnt i stedet for de tilladte 170 kg totalkvælstof og de tilførte mængder kvælstof fra affaldet skal omregnes til dyreenheder, således at maksimalt 100 kg kvælstof svarer til 1 dyreenhed (BEK ). Gødningsbehov&& Danske landmænd er for en vis del utilfredse med den stramme regulering af kvælstof via husdyrbekendtgørelsen og slambekendtgørelsen. Henrik Høegh viseformand i Dansk Landbrug og formand for Landsudvalgt for Planteavl, har i denne forbindelse udtalt i 2004 Vi er nødt til at få løsnet for den tæt tilsnørede sæk med kvælstof, som vi maksimalt må tildele vores afgrøder og mener, at landmænd skal have kvælstofkvoter som tilfredsstiller afgrødernes behov for kvælstof (Kristeligt Dagblad 2004). I dette kapitel diskuteres gødningsværdien af afgasset biomasse fra husdyrsbaserede biogasanlæg, på bagrund af et ønske om øget kvælstof udbringning på landbrugsarealer. NaturErhvervsstyrelsen udsender for hver planperiode en vejledning om gødning- og harmoniregler og heri findes en redegørelse for udregning af gødningsbehovet for den enkelte mark og dermed bedriftens samlede kvælstofkvote. Kvælstofkvoten udregnes på bagrund af kvælstofnormen for en given afgrøde, som er bestemmende for mængden af kvælstofgødning, der må udbringes i planperioden (NaturErhvervsstyrelsen 2013). Et areals kvælstofkvote opgøres altså på baggrund af den eller de afgrøder, der dyrkes på arealet og kvoten beregnes som arealet angivet i hektar ganget med den pågældende afgrødes kvælstofnorm for arealets jordtype (BEK ). Gødningsregnskab& Kvælstofnormen varierer over de forskellige afgrøder og jordtyper. I dette kapitel tages der udgangspunkt i dyrkning af vinterhvede, som i 2013 blev tildelt en kvælstofnorm på 159 kg 88

89 Teknisk analyse N/ha for jordtypen JB 1-4, med tilhørende retningsgivende fosfornorm på 22 kg P/ha og kaliumnorm på 72 kg K/ha. For vinterhvede kunne der altså gødes med 159 kg N/ha, som dækkes af N-gødskning (NaturErhvervsstyrelsen 2013). Gødningstypen er afgørende for, hvordan N-gødningen indgår i gødningsregnskabet og i Tabel 18 vises udnyttelsesprocenten af de forskellige gødningstyper. Tabellen skal læses sådan, at når der gødes med svinegylle f.eks. 100 kg N/ha tæller det som 75 kg N/ha i gødningsregnskabet pga. en udnyttelsesprocent på 75% (NaturErhvervsstyrelsen 2013). For afgasset biomasse er der ikke en fastsat udnyttelsesprocent og udnyttelsesprocenten skal beregnes som et vægtet gennemsnit af udnyttelsesprocenterne for den biomasse, der tilgår biogasanlægget, se Tabel 19 (NaturErhvervsstyrelsen 2013). Gødningstype Udnyttelsesprocent i % Svinegylle 75 Kvæggylle 70 Minkgylle 70 Fjerkrægylle 70 Fast 65 Ajle 65 Dybstrøelse 45 Væskefraktion efter separation 85 Anden husdyrgødning 65 Forarbejdet husdyrgødning 68 Tabel 18: Udnyttelseskrav husdyrgødning (NaturErhvervsstyrelsen 2013) Udnyttelseskrav for afgasset biomasse Biomasse Gødning % Udnyttelses % Vægtet gennemsnit Kvæg Svinegylle Halm/dybstrøelse 12, Energiafgrøde 12, Udnyttelseskrav 65,5% Tabel 19:Udnyttelseskrav biomasse I biogasprocessen ændres tilgængeligheden af kvælstof i den biomasse, der tilgår anlægget positivt og den opnåelige udnyttelsesprocent er derfor op imod 80 % (Kaspersen et al. 2014). Forskellen imellem det vægtede udnyttelseskrav på 65,5 % og den reelle udnyttelsesprocent på op imod 80 %, udgør en mulig merværdi for bedriften ved udbringning af afgasset biomasse. Værdien af den afgassede biomasse kan kvantificeres via gødningsregnskaber med anvendelse af henholdsvis afgasset biomasse, handelsgødning og svinegylle. I bilag 11, opstilles et gødningsregnskab til bestemmelse af den afgassede biomasses værdi. 89

90 Teknisk analyse Ud fra de givne forudsætninger i bilag 11 beregnes værdien af afgasset biomasse til at være 6,41 kr./ton ved erstatning af svinegylle og 31,80 kr./ton ved erstatning af handelsgødning. I Figur 40 vises sammenhængen mellem den vægtede udnyttelsesprocent i afgasset biomasse og værdien af den afgassede biomasse. Dette giver husdyrsbedrifter et incitament til at anvende den producerede husdyrgødning til biogasformål og et særligt positivt resultat for planteavlere, der primært anvender handelsgødning. Dette giver biogasanlægget gode muligheder for afsætning af den afgassede biomasse. Den vægtede udnyttelsesprocent for afgasset biomasse, har dermed betydning både for anvendelsen af husdyrgødning og for afsætningen af det afgassede biomasse og har dermed en betydelig positiv indvirkning på udbygningen af biogasproduktion i Danmark. Figur 40: Værdien af afgasset biomasse efter den vægtede udnyttelsesprocent Udvaskning&af&næringsstoffer&& I det følgende vurderes effekten af udbringningen af afgasset biomasse i forhold til landbrugets tab af næringsstoffer. Den vægtede udnyttelsesprocent kan give anledning til overvejelse om der her forekommer en potentiel øget udvaskning af næringsstoffer pga. den øgede mængde total N, der kan udbringes. Dette er midlertidigt ikke en konklusion, der kan drages uden at vurdere effekterne af den højere opnåelige udnyttelsesprocent fra afgasset biomasse i forhold til gylle. Biogasproduktion baseret på husdyrgødning er ved flere studier vurderet til, at kunne medvirke til en reduceret udvaskning af næringsstoffer fra landbruget (Kaspersen et al. 2014). Reduktionen tilskrives bl.a., at forholdet mellem organisk bundet N og mineralsk N forskydes mod mere mineralsk N, som er mere tilgængeligt for planeterne og derved giver en højere udnyttelsesprocent (Kaspersen et al. 2014). I dag kan udnyttelseskravet for afgasset biomasse, som ovenfor beskrevet, fastsættes ud fra en vægtet beregning af 90

91 Teknisk analyse udnyttelseskravet for de gødninger, affaldsprodukter og restprodukter, som tilgår biogasanlægget (NaturErhvervsstyrelsen 2013). Hvis biomassen, der tilgår biogasanlægget i sin udgangsform anvendes som gødning (spredning på landbrugsareal) vil den totale N tilførsel, samt den samlede udnyttelsesprocent være uændret og der vil derfor på kortsigt ikke være risiko for en øget udvaskning (Sørensen et al. 2012). Afgasning af organiske gødninger, der som udgangspunkt har et større procentvis indhold af organiskbundet N, medfører, at total N i plantematerialet bliver mere afgrødetilgængeligt og har derved en højere udnyttelsesprocent og der kan derfor på lang sigt forventes en mindre udvaskning af kvælstof, hvis der tages udgangspunkt i, at 30 % af det mineralsk bundne N og 45 % af det organisk bundne N udvaskes over en periode på 100 til 200 år (Sørensen et al. 2012). Tilføres der, derimod en øget mængde total N, hvor der tages udgangspunkt i at biomassen, der tilgår biogasanlægget ikke anvendes som gødning i dens udgangsform, vil der være risiko for en øget udvaskning af kvælstof, særligt når den afgassede biomasse erstatter handelsgødning. Dette er dog kun gældende, hvis den pågældende biomasse bidrager med en lav udnyttelsesprocent til den vægtede udnyttelsesprocent for afgasset biomasse og skyldes en øget total N tilførsel (Kaspersen B. S. 2014). Ved substitution af handelsgødning kan der ved anvendelse/udbringning af afgasset biomasse forekomme en ændring i den lokale udvaskning af kvælstof. Dette ses ved at udnyttelseskravet til handelsgødning er 100 % og tæller derfor 100 % i gødningsregnskabet (NaturErhvervsstyrelsen 2013). Den vægtede udnyttelsesprocent for afgasset biomasse giver derved anledning til en øget lokal udbring af total N ved substitution af handelsgødning og derfor også anledning til en øget udvaskning (Kaspersen S: B. 2014). Denne lokale ændring i udvaskning ligger op til en mere differentieret miljøregulering af det danske landbrug, som tager højde for lokale forskelle i miljøet såsom jordtype, retention og vandoplandets følsomhed mv., så man kan gøde både hensynsfuldt i forhold til miljø og effektivt i forhold til landbrugets interesser (Kaspersen et al. 2012). Ved forudsætningerne fra gødningsregnskabet, angives der et vægtet udnyttelseskrav på 65,5 % ved anvendelse af afgasset biomasse fra biogasproduktion baseret på 60 % svinegylle, 15 % Kvæggylle, 12,5 % energiafgrøder og 12,5 % halm. Dette udnyttelseskrav er 4,5 % point lavere end udnyttelseskravet for svinegylle på 75 % og giver derfor mulighed for en øget total N til udbringning på ca. 8,5 kg total N / ha ved substitution af svinegylle og ca. 31,2 kg total N / ha ved substitution af handelsgødning. Et vigtigt aspekt i forholdt til biogasproduktion baseret på husdyrgødning samt anden biomasse fra landbruget, er muligheden for at recirkulere landbrugets næringsstoffer. Hvis dette udføres således, at de negative miljøpåvirkninger ved næringsstoftab minimeres, kan 91

92 Teknisk analyse landbruget begrænse anvendelsen af handelsgødning, som har en negativ miljøpåvirkning, da udvinding og fremstilling typisk foregår på baggrund af et fossilt energiforbrug (Kaspersen et al. 2012). Ydermere kan biogasproduktion bidrage til recirkulation af organisk kulstof til bevaring af jordens kulstofpulje, hvilket kan have positiv indflydelse på mikroorganismer og fauna samt disses nøglefunktioner (Kaspersen et al. 2012) Organisk&stof&i&jord&og&jordfrugtbarhed&& Det er svært at formulere en entydig definition af begrebet jordfrugtbarhed, da begrebet dækker over en række parametre. Ens for disse parametre er, at de ved den optimale kombination påvirker jordkvaliteten positivt. En jords frugtbarhed er derfor en diffus størrelse og afhænger af mange faktorer som f.eks. indhold af mikroorganismer og andet jordbundsliv, indhold af organisk materiale, planterester, omsætningsprocesser, god krummestruktur samt høj vandbindingsevne med videre. I dette kapitel vil udnyttelsen af halm til biogasproduktion analyseres i forhold til jordens tilførsel samt indhold af organisk stof og dermed, hvilke ændringer i jordkvaliteten, der er plausible i forhold til en ændring i det afgassede biomasse ved anvendelse af halm til biogasproduktion (Hansen 2010). Organisk stof i jorden har betydning for en række af jordens egenskaber og disse egenskaber kan opdeles i kategorierne fysiske-, kemiske- og biologiske egenskaber (Hansen 2010). Fysiske egenskaber - Aggregatdannelse, jordstruktur, krumme - Indflydelse på vandholdende- og vanddrænene evne - Indflydelse på luftskifte evne og temperatur - Lager for CO2 Kemiske egenskaber - Binding og frigivelse af næringsstoffer - Kationbytningskapacitet - Virker som ph-buffer - Tilgængelighed af mikronæringsstoffer f.eks. jern og zink Biologiske egenskaber - Energi til mikroorganismer og nedbrydere - Frigivelse af organisk bundet N,P,K og S - Elasticitet, dvs. en vis evne til at restituere efter forstyrrelser fra jordforarbejdning f.eks. pløjning (Hansen 2010) Nedbrydningen af organisk materiale i jorden starter ved at bakterier nedbryder de let omsættelige kulhydrater, herefter nedbryder svampe m.m. de mere svært nedbrydelige kulhydrater, så som lignin (Hansen 2010). Ved denne nedbrydning sker der en mineralisering, 92

93 Teknisk analyse hvor organisk bundet N frigives som mineralsk bundet N (NH + 4 ). Afhængigt af C/N-forholdt er N plantetilgængeligt og ved C/N-forhold < 25 forløber en nettomineralisering af N, og ved C/N-forhold > 25 forløber en immobilisering af N(Hansen 2010). Mineralisering eller immobilisering har indflydelse på det plantetilgængelige N og dermed udvaskningsrisikoen. C/N-forholdet i det organiskmateriale, som tilføres landbrugsjord varierer væsentligt, se Error! Reference source not found., som viser C/N-forholdet i typiske gødningsprodukter. Tørstof % Total N kg/ton NH 4 N Kg/ton P Kg/ton Halm (egen resultater) Dybstrøelse Kvæg gylle Slagtesvin gylle Afgasset biomasse Afgasset biomasse m. halm 93 (*) 27,5 7,3 4,4 4,6 12,2 (**) 6,4 7 3,6 4,2 4,9 4,2-5,0 0 1,5 2,1 3,3 >3,7 N/A N/A 2,5 0,7 1,0 0,9 1,2 Total C 427,2 (*) 96,25 29,2 18,4 12, (*) kg/ton C/Nforhold 66,75 (*) 14,6 8,1 4,3 2,6 10,35 (**) * Beregnet ud fra egne forsøg jf. bilag 12 ** Vægtet gennemsnit ud fra egene forsøg og Hansen (2010) (Hansen 2010),(Kristensen 2007) Tabel 20 C/N- forhold i gødnings- og restprodukter i landbruget En attraktiv dyrkningsjord bestående af stabile aggregater (krummen), hvor ler- og sandpartikler er bundet sammen i porøse strukturer via humus og polysakkarider, fra blandet andet mikroorganismer, sikrer en passende gennemtrængelighed for vand, luft og rødder og kan medvirke til en mere modstandsdygtig jord overfor mekanisk påvirkning, såsom pløjning (Hansen 2010). Aggregater dannes ved, at der dannes bindinger mellem negative ladninger i humussyren og positive ladninger i ler- eller sandpartikler eller ved, at humussyrer absorberer ioner som Ca +, Mg + eller Fe + og derved bliver positivt ladet og kan bindes til en negativt ladet lerpartikel (Hansen 2010). Disse bindinger udgør mikroaggregaterne, som så igen kan bindes sammen til makroaggregater, som udgør strukturen i krummen. Over tid dannes der mere komplekse og stabile kulstofforbindelser i jorden i form af humus (Hansen 2010). Mindre organisk stof i landbrugsjorden kan medføre 93

94 Teknisk analyse mindre mikrobiel aktivitet og dermed recirkulering. Mindre humus dannelse Dårligere vandholdsevne Dårligere jordstruktur og dårligere luftskifte Ringere fremspring og plante vækst Risiko for udvaskning af tilførte næringsstoffer Risiko for erosion (Hansen 2010). Den danske landbrugsjord anses generelt for at være frugtbar og af god jordkvalitet med hensyn til N, P og K. Indholdet af organisk kulstof anses dog som kritisk, for den gode jordkvalitet, hvis det falder til under 1 til 2,5 %. Kulstof i den danske landbrugsjord varierer fra jordtype til jordtype og fra mark til mark og det er derfor ikke væsentligt at kvantificere kulstofindholdet i den danske landbrugsjord på landsplan (Hansen 2010). Ændringerne i kulstofindholdet i forskellige jordtyper viser en sammenhæng mellem jordtype og ændringen i kulstofindhold. På Figur 40 præsenteres resultaterne fra en undersøgelse af ændringen i kulstofindhold over en periode på 10 år for forskellige jordtyper. Jordtyperne er inddelt i JB numre, som er tekstur definitionen for jordtypen, se Tabel 21. Undersøgelsen viser, at der på de 4 sandjordstyper, JB 1-4, er en årlige forøgelse af kulstof, medens der er en væsentlig reduktion på lerjordstyperne, JB 5-7 (Hansen 2010). Figur 41: Ændringer i kulstofindholdet i den danske landbrugsjord efter JB jordtype JB nr. Tekstur definition for jordtype 1 Grovsandet jord 2 Finsandet jord 3 Grov lerblandet sandjord 4 Fin lerblandet sandjord 5 Grov sandblandet lerjord 6 Fin sandblandet lerjord 7 Lerjord Tabel 21: JB-nr forklaring Kilde: Hansen

95 Teknisk analyse Dette kan skabe problemer med hensyn til den gode jordkvalitet særligt på de østdanske lerjorde, hvor jordbearbejdningen vanskeliggøres ved et kritisk fald i indholdet af organisk kulstof i jorden (Hansen 2010). Dexter forholdet beskriver forholdet mellem ler og kulstof i jordsammensætningen og de østdanske landbrugsjorde har et højt indhold af ler i forhold til kulstof. Særligt landbrugsjorde på Lolland, Falster, Møn, det østlige Sjælland, Bornholm samt det østlige Jylland syd for Aarhus har et kritisk højt lerindhold i forhold til kulstof, se Figur 42. Her vil det derfor være særligt positivt for jordkvaliteten, hvis den illustrerede udvikling fra med en årlig reduktion af kulstofindholdet i jorden kan vendes til en akkumulation af kulstof i jorden. Figur 42: Dexterindex (Kilde: Udarbejdet af Mogens H. Grev, Det Jordbrugsvidenskabelige Fakultet, Aarhus universitet, med data fra DJFgeodata). Specialet undersøger derfor om anvendelse af halm til biogasproduktion giver anledning til risiko for kulstofstab i landbrugsjorden ved anvendelse af halm til biogasformål og udbringning af den afgassede biomasse Kulstof tilbageførsel fra afgasset halm til landbruget I specialet er der udført en række udrådningsforsøg, der skal undersøge kulstofindholdet i afgasset halm. Forsøgene, blevet kørt som BMP-forsøg og skal bruges til at screene for evt. jordforbedrende egenskaber ved afgasning af halm. Formålet er, at se resultaterne i forhold til de ovenstående generelle antagelser omkring jordforbedring. I den aktuelle forsøgsrække 95

96 Teknisk analyse blev der fokuseret på udrådning af vinterhvedehalm ved 3 formalingsgrader jf. 0 på henholdsvis Ø 2 mm, Ø 1 mm og Ø 0,5. Der arbejdes med 3 replikanter for hver forsøgsrække og fremgangsmåden, data og data behandling fremgår af henholdsvis bilag 12 og 13. BMP&kulstof& Forsøgene blev kørt med 2 dele inoculum g VS til 1 del substrat g VS. Inoculum blev afgasset i varmeskab ved 42 C i 10 dage før forsøgsstart for at minimere kulstofreduktion heraf under forsøgene. Der er kørt en tredobbelt bestemmelse på Inoculum for at kunne trække slutkulstofindholdet heraf fra slutkulstofindholdet i substraterne. BMP- forsøgene blev alle placeret i vandbad 42 C med omrøring (senere overflyttet til varmeskab ved 42 C pga. tekniske komplikationer) og hver BMP-replikat blev lukket ud med gærprop for at opretholde et anaerobt!miljø i BMP-forsøgene. Resultater Kulstofindholdet i forsøgsrække 1 har et kulstofindhold efter 20 dage, der gennemsnitligt er faldet til ca. 64,73 % af det oprindelige kulstofindhold. Med en variation på 3 replikater mellem 48,24 % og 77,58 % af det oprindelige kulstof. Dette er en relativ høj variation mellem replikanterne og giver en standard afvigelse på 8,6 %. Kulstofindholdet i forsøgsrække 2 er efter 20 dage faldet til ca. 77 % af den oprindelige mængde kulstof med en variation mellem 69,04 % og 83,28 % af det oprindelige kulstofindhold med en standard afvigelse på 4,3 %. I denne forsøgsrække er forskellen mellem den laveste og højeste værdi noget mindre, end hvad der er gældende for forsøgsrække 1. Forsøgsrække 3 havde et gennemsnitligt fald af kulstofindhold til 53,6 % af det oprindelige kulstofindhold og er den forsøgsrække med det største fald. Variationen er højest mellem 45,21 % til 58,65 %, hvilket er en variation der er tilsvarende forsøgsrække 2 med en standardafvigelse på 4,22 %. Figur 43, viser resultaterne fra forsøgsrække 1,!2 og 3 ud fra den 3-dobbelte!bestemmelse. Figur 43: Resultater kulstof tilbageført 96

97 Teknisk analyse Ud fra gennemsnittet af de 3 forsøgsrækker vil der være ca. 65 %, med en standardafvigelse på 4,6 %, af kulstoffet, der ikke omdannes i biogasprocessen og derfor udbringes i landbruget og den gennemsnitlige udnyttelse af kulstof til biogasproduktion ligger derfor på ca. 35 % BMP-forsøgene. BMP-forsøgene til bestemmelse af tilbageført kulstof til landbruget vurderes at være repræsentative for sammenligning af kulstoftilbageførselsgraden med variation på partikelstørrelsen og det vurderes på baggrund heraf, at der ikke er nogen signifikant forskel på de valgte substrater. Dette betyder, at der ikke vil være forskel i tilbageførslen af kulstof til landbruget ved anvendelse af vinterhvedehalm til biogasproduktion ved de undersøgte partikelstørrelser. Til vurdering af den reelle mænge kulstof, der tilbageføres til landbruget ved anvendelse af halm til biogasproduktion er BMP-forsøgene ikke repræsentative, da det kan forventes, at der i en et konventionelt CSTR-biogasanlæg vil være en lavere udnyttelse af biomasseinputtet. Derfor anvendes der resultater fra CSTR forsøg udarbejdet af Det Nationale Center for Fødevare og Jordbrug Foulum, til bestemmelse af den reelle tilbageførsel af kulstof fra anvendelse af afgasset biomasse, med halm som biomasseinput. Halm tilbage Mængde& Kulstof& Kulstof& CH4&/& Kulstof& Total&kulstof& Total&kulstof& total& ton&input& ændring& tilbage& tilbage& ton! %! ton! Nm3! ton! ton! %! Vinterhvedehalm 1! 42,72%! 0,4272! 183,9* 0,0920! 0,3352! 78,47%& * Jf. Kapitel !!!!! & Tabel 22: Kulstof tilbageført ved CSTR forsøg - Foulum Beregningerne i Tabel 22 viser en relativt lav udnyttelse af kulstoffet i vinterhvedehalm på trods af et relativt højt metanudbytte og der vil være en tilbageførelse af kulstof på 78,47 %. Dette er en relativt høj tilbageførselsprocent, hvilket betyder, at der kun vil være en reel fjernelse af kulstof fra halm på ca. 20 %, i forhold til udbringning på landbrugsjorde, ved bedrifter der, der leverer og aftager biomasse i forbindelse med biogasproduktion baseret på halm Delkonklusion Landbrugets rolle som leverandør af biomasse til energiformål reguleres både af EU- og national lovgivning. EU har opstillet en række bæredygtighedskriterier, anvendelsen af halm eller husdyrgødning bliver dog ikke påvirket af disse kriterier, så længe halmen har oprindelse som rest-/biprodukt fra kornproduktion. Nationalt er der opstillet mål for udfasning af energiafgrøder anvendt til biogasproduktion og energiafgrøder må maximalt udgøre 25 % af biomasse inputtet fra 2015 og 12 % fra Dette medfører et øget behov for at anvende landbrugets rest- og biprodukter, hvilket skaber et incitament til at anvende 97

98 Teknisk analyse bl.a. halm og husdyrgødning. Det vurderes, at halm kan danne ressourcegrundlag for udbygning af den danske husdyrbaserede biogasproduktion med ca. 15 PJ, men ikke alle halmtyper udgør et lige stort potentiale. De største ressourcegrundlag findes ved vinterhvede- samt vårbyghalm, som tilsammen udgør op imod 80 % af den danske halmproduktion. År med svigtende udbytte kan være en begrænsende faktor for anvendelsen af halm til biogasformål. Dette bl.a. i vinteren , hvor et svigtede halmudbytte sommeren 2011 forårsagede halmmangel på en række danske fjernvarmeværker. I specialet er omkostningerne for logistikken af halm fra mark til anlæg undersøgt og det vurderes, at den gennemsnitlige omkostning ligger lige under 450 DDK / ton og den attraktive halmpris for landbruget vurderes at ligge mellem 510 og 650 DKK / ton. Halmpriserne kan dog reduceres ved en optimal logistik i landbruget og evt. effektivisering af halmpresningsudstyr og ved at undgå lagring af halm på bedriften, ved at stakke på marken og transportere direkte til biogasanlægget. I Jylland vurderes der at være et tilstrækkeligt biomassegrundlag, hvad angår husdyrgødning. Biomassegrundlaget fra husdyrgødning på Sjælland er dog væsentligt mindre og mængden af husdyrgødning vurderes her, at kunne blive en begrænsende faktor. Dybstrøelse udgør kun 10 % af det samlede husdyrgødningsgrundlag mængdemæssigt, til gengæld udgør det ca. 30 % af det samlede biomassegrundlag fra husdyrgødning målt i TS. Det vurderes derfor at dybstrøelse vil kunne bidrage betydeligt til den fremtidige biogasudbygning. Afgasset biomasse kan udbringes efter husdyrgødningsbekendtgørelsen, hvis 75 % af tørstoffet har oprindelse fra husdyrgødning, dette vil dog ikke være tilfældet ved anvendelse af halm, der bidrager med betydelige mængder TS i forhold til husdyrgødning. Afgasset biomasse kan udbringes uden videre analyse efter slambekendtgørelsen, hvis inputbiomassen er medtaget i biomassebekendtgørelsen. Halm er at finde på denne liste, men det vurderes, at der i de fleste tilfælde vil tilgå biomasser til biogasanlæg. I denne situation, hvor ikke alle biomasser, der tilgår anlægget er medtaget på listen, skal biomassen gennemgå processen med godkendelser og overholde grænseværdier for metaller, tungmetaller og miljøfremmede stoffer før udbringning. Gødningsværdien af afgasset biomasse er vurderet, ud fra biomasse inputtet opstillet i kapitel 1, til at være ca. 31,50 og 6,85 ved substitution af henholdsvis handelsgødning og svinegylle. Den vægtede udnyttelsesprocent er afgørende for værdien og en øget andel biomasse med lavt udnyttelseskrav, desto højere vurderes værdien for landbruget. Dette kan til gengæld have nogle utilsigtede konsekvenser mht. kvælstofudvaskning. Det vurderes i specialet, at en differentieret miljøregulering vil kunne afhjælpe eventuelle problemer i forhold 98

99 Teknisk analyse til udvaskning. Derudover anvendes halm i marken, ved nedmuldning, med samme udnyttelsesprocent som er gældende ved afgasning. Der kan dermed argumenteres for, at der ved anvendelse af halm ikke forekommer ændret næringsstofudbringning. Anvendelsen af halm til biogasproduktion forventes ikke at påvirke jordkvaliteten i landbruget. Dette skyldes, at den afgassede biomasse tilbagefører op imod 80 % af kulstoffet fra halm i gødningsproduktet. På længere sigt kan det blive relevant at undersøge eventuelle ændringer i jordkvaliteten, særligt på lerjorde i områder med et højt dexterindeks. 99

100 Økonomisk analyse 6 Økonomisk analyse 6.1 Økonomiske vurderinger af halm til biogasformål Målet med den økonomiske analyse er at opnå viden om den økonomiske feasibilitet ved etablering af et biogasanlæg baseret på halm som den primære tørstofkilde. Analysen bygger på en række forudsætninger, som bl.a. er præsenteret i den tekniske analyse. Her kan nævnes tilskud og støtteordninger, data for forarbejdning af halm, afsætningsmuligheder for biogas, metanudbytte fra forarbejdet halm m. v. Derudover anvendes en række mere generelle forudsætninger som bl.a. bygger på energistyrelsens teknologikatalog, her kan nævnes etablering af biogasanlæg med hensyn til anlægsomkostninger, driftsomkostninger m.m. Med denne baggrund og casen kapitel 1 undersøges driftsøkonomien for 2 anlægskoncepter, et biogasanlæg med tilhørende kraftvarme produktion og et biogasanlæg med tilhørende opgraderingsanlæg. Generelle forudsætninger for casen: - Anlægget skal være et CSTR anlæg og skal kunne håndtere halm som biomasse input - Biomasseinputtet fra husdyrgødning er 60 % svinegylle og 25 % kvæggylle - Halm skal udgøre minimum 10 % - Energiafgrøder må max. udgøre 5 % - Transportafstanden mellem biogasanlæg og husdyrbedrift må ikke overstige 20 km tur/retur - Biogasudbyttet fra anlægget skal have et minimumsvolumen på 10 mio. m3/år. Specialet anvender til den økonomiske analyse, analyseredskaberne budgettering, følsomheds, og break-even analyser. Disse analyseredskaber er valgt for at skabe generel viden om og vurdering af halm som biomasse input til biogasproduktion, samt halmens indvirkninger på biogasanlæggets driftsøkonomi jf. kapitel Budgettering Budgettering anvendes for at belyse anlægs- og driftsøkonomien ved anvendelse af halm til biogasformål for derved at bidrage med oplysninger, der kan anvendes af planlægger m.fl. og at skabe dialog omkring anvendelsen af halm til biogasformål imellem investorer og iværksættere m.fl. budgetter er særligt anvendelige til at bestemme effekter af de specifikke forudsætninger og ændringer i disse. Der skelnes mellem variable udgifter og faste udgifter. Salgspris ganget med produktionsvolumen, bestemt af biomassesammensætning, udgør anlæggets indtægter (Shim et al. 2011). De samlede forudsætninger findes i bilag 16.

101 Økonomisk analyse Anvendelse af dækningsbidrag i den økonomiske analyse er opdelt i 2 dele, i det følgende omtalt som henholdsvis Dækningsbidrag 1 (DB1) og Dækningsbidrag 2 (DB2). - DB1 Er en analyse fortaget på baggrund af de specifikke biomasser i biomassesammensætningen og det belyses her hvilket bidrag til anlægs- og driftsøkonomien, der forventes på basis af de specifikke biomasser. - DB2 Er analyser af det samlede resultat anlægs- og driftsøkonomisk fortaget på baggrund af de 2 anlægskoncepter henholdsvis kraftvarme produktion og opgradering af biogas til naturgas kvalitet. De 2 anlægskoncepter er præcenteret i kapitel Den beregnede biogasproduktion på baggrund af biomassesammensætningen er Nm3 biogas og der forudsættes et metanindhold på 60 %. Se Biomasse input Andel ton input Nm 3 CH4/t VS CH 4 Nm 3 udbytte % CH 4 Biogas udbytte Nm 3 Svinegylle 60% , ,08% Kvæggylle 25% , ,75% Halm 10% , ,16% Græs 5% , ,01% Total 100% , % Tabel 23. Biomasse input Andel ton input Nm 3 CH4/t VS CH 4 Nm 3 udbytte % CH 4 Biogas udbytte Nm 3 Svinegylle 60% , ,08% Kvæggylle 25% , ,75% Halm 10% , ,16% Græs 5% , ,01% Total 100% , % Tabel 23: Beregnings forudsætninger biogascase Halm udgør kun 10 % af det samlede biomasse input, men 57 % af det samlede metanudbyttet og græs 5 % af det samlede biomasse input, men 14 % af det samlede metanudbyttet. Disse specifikke biomasser er de største udgifter i indkøb. Halm prisen er i beregningerne forudsat til 650 DKK/ton, jf. kapitel 5.3.3, og græs prisen er 356,4 DKK/ton jf. bilag 16. Omkostningerne forbundet med indkøb af husdyrgødningen (svinegylle og kvæggylle) er beregnet ud fra transportomkostningerne, som er forudsat til 20,25 DKK/ton og det forudsættes, at husdyrgødningen ikke transporteres mere end 20 km tur/retur. Tørstofindholdet er for halmen baseret på kapitel og tørstofindholdet i den anvendt græs er fastsat ud fra Birkemose et al. (2013). Tørstofindholdet i svinegylle og kvæggylle er basseret på gennemsnitstal fra Normtal for husdyrgødning (2014). Omkostningerne til forbehandling af halm er baseret på resultater og forudsætninger som i kapitel Derudover tilregnes biogasanlæggets eget forbrug af energi til proces til de 101

102 Økonomisk analyse biomasse specifikke omkostninger, som er baseret på forudsætninger fra energistyrelsen teknologikatalog for el- og fjernvarmeproduktion (2014), se Tabel 24. Egetforbrug af el og varme El 5 kwh/ton Varme 34 kwh/m 3 Tabel 24: Egetforbrug af proces energi (Energistyrelsen 2014c) De biomasse specifikke indtægter fra henholdsvis kraftvarmeproduktion og salg af opgraderet gas er baseret på tilskudsordningerne beskrevet i kapitel samt spotpriser for el- og gas i 2013 jf. bilag 14 og 15. Til DB2 analysen af de 2 anlægskoncepter anvendes en række generelle forudsætninger fra energistyrelsens teknologikatalog for el- og fjernvarmeproduktion (2014). Disse generelle forudsætninger anvendes for at sikre sammenlignelighed mellem analyserne af de 2 anlægskoncepter. De generelle forudsætninger er vist i Tabel 25. Type Investeringsomkostninger - Anlæg - Gasmotor - Opgraderingsanlæg Drift & Vedligehold - Vedligehold biogasanlæg - Drift- og Vedligehold motoranlæg - Drift- og vedligehold opgraderingsanlæg Omkostning DKK DKK/MW DKK/Nm3h - 5,58 DKK/ton input - 2 % af investeringen - 23 øre /m 3 biogas Tabel 25: Forudsætninger for anlægsinvesteringer (Energistyrelsen 2014c) DB1 Analyse af de specifikke biomasser I denne del af dækningsbidragsanalysen bestemmes den anvendte biomasses evne til at dække omkostninger forbundet med den tilhørende indkøbspris, forarbejdningsomkostning og/eller transportomkostning baseret på den specifikke biomasse. Altså indtægter fra den specifikke biomasse fratrukket de medfølgende udgifter til den specifikke biomasse. I DB1 analysen af halm behandles omkostningerne ved halmindkøb, forarbejdningsudgifter, samt lønudgifter, der er relateret til anvendelse af halm som de samlede variable udgifter. De variable udgifter relaterer sig til udgifter hvor biomassemængden, der tilgår biogasanlægget, har betydning for de samlede udgifter. De faste udgifter er relateret til udgifter, der ikke 102

103 Økonomisk analyse varierer i forhold til biomassesammensætningen eller de specifikke biomasse mængder. De samlede faste udgifter for halm indeholder derfor investeringer og vedligehold til forbehandlingssystemet. Resultaterne fra DB 1 halm vises i Tabel 26, Tabel 27 og Tabel 28. I DB1 analysen af svinegylle og kvæggylle er transport en den eneste omkostningspost udover egetforbruget til el og varme. I DB1 analysen af græs behandles græsprisen som eneste omkostningspost, der kunne være medtaget evt. udgifter til lager, men dette er ikke beregnet i denne analyse. Samlede omkostninger Opgradering Samlede indtægter KV Samlede indtægter DKK/ton DKK Tabel 26 samlede omkostninger og indtægter fra DB1 analysen af de specifikke biomasser Omkostninger DKK/ton % DKK samlet % Halm % % Græs % % Svinegylle 34 3 % % Kvæggylle 34 3 % % Indtægter Kraftvarme DKK/ton % DKK samlet % Halm % % Græs % % Svinegylle 63 3 % % Kvæggylle 77 4 % % Indtægter Opgradering DKK/ton % DKK samlet % Halm % % Græs % % Svinegylle 63 3 % % Kvæggylle 77 4 % % Tabel 27: DB1 for de specifikke biomasser Kraftvarme Kraftvarme % Opgradering Opgradering % Kraftvarme DB1 DKK/ton DB1 total DB1 DKK/ton DB1 total Halm 368, % 371, % Græs 183, % 185, % Svinegylle 28, % 28, % Kvæggylle 42, % 42, % Tabel 28 DB1 resultater Det er tydeligt, at den specifikke biomasses TS-indhold har stor betydning for dækningsbidraget. Et højt TS-indhold i halm og græs giver et højt dækningsbidrag. Derudover viser analysen af de biomasseafhængige indtægter, at halm er en sikker kilde til dækning af de biomassespecifikke omkostninger for halm og dermed attraktiv tørstofkilde til at øge biogasanlæggets og biomassesammensætningen samlede tørstofindhold. DB1 103

104 Økonomisk analyse analysen viser at halm inputtet, som udgøre10 % af den samlede biomasse, bidrager med 57 % af de samlede indtægter både i anlægskonceptet med produktion af kraftvarme og anlægskonceptet med opgradering af biogassen til naturgaskvalitet og DB1-resultatet for halm er henholdsvis 368,44 DKK/ton ved kraftvarme og 371,46 DKK/ton ved opgradering, se Tabel 28. Det skal nævnes, at beregningerne er foretaget på baggrund af en høj halmpris. En lavere halmpris vil være positivt for resultatet for anvendelse af halm til biogasproduktion. Halmprisens betydning for anlægs- og driftsøkonomien vurderes yderligere i følsomhedsanalysen. Svinegylle har det laveste TS-indhold og det laveste DB1-resultat på henholdsvis 28,49 DKK/ton og 28,66 DKK/ton for kraftvarme og opgradering. I DB1 analysen af svinegylle udgøres omkostningerne af transport og bioanlæggets eget forbrug af energi. Transportafstanden mellem gylleproducent, biogasanlæg og aftager af gødningsproduktet har stor betydning for DB1-resultatet for svinegylle. Transport afstanden skal derfor søges minimeret ved etablering af biogasanlæg. Kvæggylle har et højere TS-indhold end svinegylle og da omkostninger for kvæg- og svinegylle er ens har kvæggylle et højere DB1-resultat på henholdsvis 42,72 DKK/ton og 42,92 DKK/ton ved kraftvarme og opgradering. Kvæggyllens højere DB1-resultat gøre det muligt at transportere kvæggyllen længere svinegyllen, men det vil stadigvæk have en positiv virkning på DB1-resultatet, at minimere transportafstanden mellem gylleproducent, biogasanlæg og aftager af gødningsproduktet. Græs som input biomasse har samme fordele som halm mht. et relativt højt tørstofindhold. DB1-resultatet for græs er på 183,76 DKK/ton for kraftvarme og 185,24 DKK/ton for opgradering. Dette er mindre end DB1-resultatet fra halm, til gengæld kræver græs ingen forbehandling, hvilket kan medvirke til lavere anlægsomkostninger. Det vurderes at energiafgrøder som græs er positivt for anlægs- og driftsøkonomien, men at halm ved en fremtidig total udfasning af energiafgrøder kan sikre behovet for et højt TS-indhold i biogasproduktionen DB2 analyse af anlægs- og driftsøkonomien I DB2 analysen beregnes de vægtede akkumulerede DB1 n fratrukket anlæggets fasteomkostninger som renter og afskrivning af anlægsinvesteringen, løn og forsikringer m.v. Anlægsinvesteringerne for afsætningskoncepterne kraftvarm og opgradering er som ovenfor nævnt baseret på data fra teknologikataloget for el- og fjernvarmeproduktion (2014). Der tages udgangspunkt i et biomasse input på ton jf. Tabel 23. DB2 analysen har til formål at beskrive biogasanlæggets evne ti at generere overskud ved anvendelse af halm. 104

105 Økonomisk analyse DB&2& &kraftvarme&& Det samlede biogasanlæg med gasmotor beregnes til en anlægsinvestering på DKK. Der regnes med en afskrivningsperiode over en periode på 10 år med 5 % i rente. De samlede omkostninger er beregnet til 65,35 DKK/ton og de samlede indtægter fra de vægtede akkumulerede DB1-resultater er 73,80 DKK/ton, hvilket givet driftsøkonomisk resultat på 8,45 DKK/ton for biogasanlægget med afsætningskonceptet kraftvarme. Biogasanlæg dimensioneret til at behandle ton biomasse pr. år jf. Tabel 23, der producere kraftvarme, baseret på halm som den primære tørstofkilde giver derved et samlet driftsøkonomisk resultat på DKK, se Tabel 29. I en situation hvor der ydes anlægsstøttet efter kapitel på 30 % af anlægsomkostningerne, viser DB2 analysen et driftsøkonomisk resultat på 23,16 DKK/ton og derved et samlet driftsøkonomisk resultat ud fra dimensioneringen på DKK, se Tabel 30. DB2 kraftvarme uden anlægsstøtte Omkostninger 65,35 DKK/ton total DKK DB1 samlet 73,80 DKK/ton Total Dækningsbidrag 2 8,45 DKK/ton DG 11% total DKK ROI 2,2% Tabel 29 DB2 resultater for kraftvarmekonceptet uden anlægsstøtte DB2 kraftvarme med 30 % anlægsstøtte Omkostninger 50,64 DKK/ton total DKK DB1 samlet 73,80 DKK/ton Total Dækningsbidrag 2 23,16 DKK/ton DG 31% total DKK ROI 8,7% Tabel 30 DB2 resultater kraftvarmekonceptet med anlægsstøtte DB2& &opgradering& Den samlede anlægsinvestering til et biogasanlæg dimensioneret jf. Tabel 23 med opgraderingsanlæg beregnes til DKK med en afskrivningsperiode over en periode på 10 år med 5 % i rente. De samlede omkostninger er beregnet til 79,65 DKK/ton og de samlede indtægter fra er 74,33 DKK/ton, hvilket givet driftsøkonomisk resultat på - 5,32 DKK/ton. Et biogasanlæg med opgradering af biogas, baseret på halm som den primære tørstofkilde giver derved et samlet driftsøkonomisk resultat på DKK, se Tabel 31. I en situation, hvor der ydes anlægsstøtte efter kapitel viser analysen et driftsøkonomisk resultat på 10,53 DKK/ton og derved et samlet driftsøkonomisk resultat på DKK, se Tabel

106 Økonomisk analyse DB2 uden anlægsstøtte Omkostninger 79,65 DKK/ton total DKK DB1 samlet 74,33 DKK/ton Total DKK Dækningsbidrag 2-5,32 DKK/ton DG -0,07 total DKK ROI -1,4% Tabel 31 DB2 resultater for opgraderingskonceptet uden anlægsstøtte DB2 med 30 % anlægsstøtte Omkostninger 63,80 DKK/ton total DKK DB1 samlet 74,33 DKK/ton Total DKK Dækningsbidrag 2 10,53 DKK/ton DG 14% total DKK ROI 3,7% Tabel 32 DB2 resultater for opgraderingskonceptet med anlægsstøtte DB2 analyserne for henholdsvis kraftvarme og opgradering viser, at der er klare driftsøkonomiske fordele ved etablering af et biogasanlæg der producerer kraftvarme fremfor et biogasanlæg baseret på opgraderet biogas. Dette skyldes bl.a. de høje driftsomkostninger forbundet med opgradering af biogassen og at investeringsomkostningerne til en gasmotor baseret kraftvarmeproduktion er markant lavere end investeringsomkostningerne til et opgraderingsanlæg jf. bilag Delkonklusion Beregningerne i dækningsbidragsanalysen bygger på forudsætningerne fra casen kapitel 4 og konklusionerne er, at et halm har et biomasse specifikt dækningsbidrag (DB1) på 368,4 371,46 DKK/ton, hvilket med et halm input på 10 % betyder at dækningsbidraget fra halm udgør 50 % af det samlede bidrag til dækning af anlægs- og driftsomkostningerne. Til sammenligning bidrager biomasse inputtet fra svinegylle på 60 % kun med 23 % af det samlede bidrag til dækning af anlægs- og driftsomkostningerne og har et DB1 på 28,49 28,66 DKK/ton. Græs inputtet på 5 % har et DB1 183,76 185,24, hvilket giver et bidrag til de samlede anlægs- og driftsomkostninger på 12 %. Kvæggylle har et DB1 på 42,72-42,92 DKK/ton og med et biomasse input på 25 % bidrager kvæggylle med 14 % af de samlede anlægs- og driftsomkostninger. På baggrund af specialets DB1 analyse vurderes det, at halm kan bidrage betydeligt til anlægs- og driftsøkonomien ved biogasproduktion baseret på halm og husdyrgødning. Det samlede driftsøkonomisk resultat på 8,45 DKK/ton for biogasanlægget med afsætningskonceptet kraftvarme giver et samlet driftsøkonomisk resultat på DKK. I 106

107 Økonomisk analyse en situation, hvor der ydes anlægsstøtte viser DB2 analysen et driftsøkonomisk resultat på 23,16 DKK/ton og et samlet driftsøkonomisk resultat ud fra dimensioneringen på DKK. Det samlede driftsøkonomisk resultat på -5,32 DKK/ton for biogasanlægget med afsætningskonceptet opgradering giver et samlet driftsøkonomisk resultat på DKK. I en situation, hvor der ydes anlægsstøtte viser analysen et driftsøkonomisk resultat på 10,53 DKK/ton og dermed et samlet driftsøkonomisk resultat på DKK. På baggrund af DB2 analysen vurderes det, at kraftvarmekonceptet ud fra forudsætningerne give i casen kapitel 4, at være en mere økonomisk attraktiv teknologi Følsomhedsanalyse Resultatet i DB2-analyserne udsættes i dette kapitel for en risikovurdering, igennem en vurdering af de driftsøkonomiske resultaters følsomhed over for ændrede forudsætninger. I følsomhedsanalysen, påvirkes en række udvalgte forudsætninger med en variation på +/- 20 %-point. Effekten på det endelige resultat viser derved anlægs- og driftsøkonomiens følsomhed over for ændringer i de given forudsætninger. Resultaterne i følsomhedsanalysen præsenteres, som det ændrede driftsøkonomisk resultat set i forhold til 0-ændrings resultatet på 1,69 mio. DKK for kraftvarmekonceptet og -1,06 mio. DKK for opgraderingskonceptet. Formålet med følsomhedsanalysen er at opnå viden med hensyn til procesoptimering og identifikation af eventuelle faldgruber. De valgte forudsætninger, der analyseres i følsomhedsanalysen er udvalgt på baggrund af informationer indsamlet i den tekniske analyse, og er følgende: - Halm input (TS% i biomassesammensætningen) - Halmpris - Varmetab - Reducerede opgraderingsomkostninger - Anlægsinvesteringer - Metanudbytte fra halm - Forbehandlingsomkostninger Derudover analyseres følsomheden på baggrund af en kombinationen mellem de udvalgt forudsætninger. De kombinerede forudsætninger er: - Anlægsinvesteringer og reducerede opgraderingsomkostninger (Opgraderingskoncept) - Halm input og varmetab (Kraftvarmekoncept) - Halmpris og Forarbejdningsomkostninger - Halmpris og metanudbytte fra halm 107

108 Økonomisk analyse Følsomhedsanalyse Enkelt forudsætninger Det er i DB1 analysen beskrevet, at TS-indholdet har stor betydning for de biomasse specifikke indtægter og det er derfor i følsomhedsanalysen interessant at vurdere indvirkning af halm inputtet på det driftsøkonomisk resultat. Tabel 33 viser følsomhedsanalysen for halm inputtet. Der er regnet med +/- 8 %-point ændring i halm inputtet, hvilket giver en variation i biomassesammensætningens TS-indhold på 9,21 % til 23,4 %. Analysen viser, at selv relativt små ændringer i biomassesammensætningens TS-indhold har en relativt stor indvirkning på driftsresultatet. Et øget halm input på 2 %-point øger det driftsøkonomisk resultat ved kraftvarmekonceptet med ca. 70 % fra 1,69 mio. DKK til 2,9 mio. DKK. Opgraderingskonceptet vender et driftsøkonomisk underskud til et driftsøkonomisk overskud ved et øget halm input mellem 2%-point og 4 %-point, se Tabel 33. Den anvendte anlægsteknologi og teknologien til udbringning af gødningsproduktet kan være den begrænsende faktor for, hvor meget biomassesammensætningens TS-indhold kan øges. Derudover påvirkes biogasproduktionen af C/N-forholdet i biomassesammensætningen og et øget halm input vil øge C/N-forholdet grundet halmens relativt lave indhold af N og relativt høje indhold af C. Det optimale C/N-forhold for udrådningsprocessen er mellem 20:1 og 30:1 og hvis C/N-forholdet afviger væsentligt fra dette kan det have en hæmmende effekt på biogasproduktionen jf. kapitel Det er derfor vigtigt, at der ved optimering af denne forudsætning tages højde for de tekniske begrænsninger for TS-indhold i biomassesammensætningen. Halm input Forudsætning Driftsresultat mio. DKK Mio DKK TS% Variation CPH Opgradering 8% - 23,40% 6,53 2,78 4% - 19,85% 4,11 0,86 2% - 18,08% 2,90-0,10 0% 16,31% 1,69-1,06-2% - 14,53% 0,48-2,03-4% - 12,76% -0,73-2,99-8% - 9,21% -3,15-4,91 Tabel 33 Følsomhed - halminput Halmprisen udgør ca. 85 % af de samlede biomasse specifikke omkostninger for halm og har stor indflydelse på indtægten baseret på anvendelsen af halm til biogasformål. Derfor er det valgt at analysere påvirkningen af halmprisen på 650 DKK/ton med en variation på +/- 20 %-point. se Tabel 33. Følsomhedsanalysen af halmprisen viser at halmprisen har stor betydning for anlægs- og driftsøkonomien. En reduktion i halmprisen med 20 % til 520 DKK øger overskuddet på det driftsøkonomisk resultat med 250 % fra 1,69 mio. DKK til 4,29 mio. DKK. En øget halmpris med 20 % vil have den modsatte effekt og det beregnede DB2 overskud på 1,69 mio. DKK ændres til et underskud på -0,91 mio. DKK. 108

109 Økonomisk analyse Den gennemsnitlige beregnede omkostning i forbindelse med halmpresning, logistik m.v. er i kapitel sammenholdt med med forskellige variationer af halmprisen. Det vurderes, at en afregningsprisen ift. bedriftens behov for profit og biogasanlæggets behov for en billig ressource, at en halmpris mellem 560 og 610 Dkk/ton er realistisk. Dette er en reduktion på mellem 5-10 % i forhold til den halmpris, der anvendes som forudsætning i dækningsbidragsanalysen og vil medføre et øget driftsøkonomisk resultat på mellem 2.34 mio. DKK og 2,99 mio. DKK for kraftvarme produktion og vender et underskud -1,06 mio. DKK til et overskud på det driftsøkonomisk resultat på 1,54 mio. DKK ved opgradering se Tabel 34. Halmpris Forudsætning Driftsresultat mio. DKK Mio DKK Variation CPH Opgradering 20% DKK -0,91-3,66 10% DKK 0,39-2,36 5% DKK 1,04-1,71 0% 650 DKK 1,69-1,06-5% DKK 2,34-0,41-10% DKK 2,99 0,24-20% DKK 4,29 1,54 Tabel 34 Følsomhed - Halmpris Jf. kapitel er en af udfordringerne ved distribution af energien i biogas via kraftvarme bl.a. et faldende varmebehov fra husholdninger i sommerperioden. Det er derfor vigtigt, at biogasanlægget dimensioneres efter det givne varmebehov (Energinet.dk 2010). I følsomhedsanalysen vurderes varmetabet mellem 0 og 20 %-point, hvilket giver et varmesalg fra 0 % varmetab på MWh til et varmesalg på MWh ved et varmetab på 20 %. Analysen viser, at et varmetab på 20 % reducerer det driftsøkonomisk resultat med 130 % og giver et underskud på -0,59 mio. DKK. Der findes ved et varmetab på henholdsvis 5 og 10 %-point et positivt driftsøkonomisk resultat, se Tabel 35. Varmetab i MWh Forudsætning Driftsresultat mio. DKK mio. DKK Variation CPH 20% ,59 10% ,55 5% ,12 0% ,69 Tabel 35 Følsomhed - Varmetab Biogasanlæg i områder, hvor der ikke er et tilstrækkeligt varmebehov kan drage fordel af at anvende et opgraderingsanlæg i sted for et motoranlæg, der producere kraftvarme. Fordelene ved opgradering af biogas til naturgaskvalitet og distribution via naturgasnettet er, at opnå et større afsætningsmarked ved at afkoble biogasproduktionens afhængighed af et 109

110 Økonomisk analyse lokalt varmebehov. Til gengæld viser DB2 analysen for biogasproduktion med opgraderingsanlæg, at omkostningerne til opgradering af biogassen til naturgaskvalitet er en væsenlig årsag til et underskud på det driftsøkonomisk resultat på -1,06 mio. DKK. Derfor analyseres følsomheden over for ændringer i omkostningerne til opgradering af biogassen til naturgaskvalitet fra udgangspunktet på 23 øre/nm 3 med en variation på 0 til -20-point%. Følsomhedsanalysen viser, at en reduceret omkostning til opgradering af biogasen kan halvere underskuddet fra opgradering konceptet fundet i DB2 analysen, så det samlede underskud bliver -0,58 mio. se Tabel 36. DKK. Det vurderes derfor, at en teknologiudviklingsoptimering af drift og vedligehold af opgraderingsanlægget ikke er tilstrækkeligt i forhold til at sikre feasibiliteten på det driftsøkonomisk resultat ved opgradering af biogassen til naturgas kvalitet. Andre forudsætninger som anlægsinvesteringer i forbindelse med etableringen af et opgraderingsanlæg skal også reduceres for at kunne opnå et overskud ved opgraderingskonceptet. Reducerede omk. Opgradering Driftsresultat Mio DKK Forudsætning Variation CPH -20% - 0,18-0,58-10% - 0,20-0,82-5% - 0,21-0,94 0% 0, ,06 Tabel 36 Følsomhed - omkostninger til opgradering Følsomhedsanalysen for anlægsomkostningerne viser, at det driftsøkonomisk resultat er mindre følsom over for disse omkostninger end for de biomasse specifikke omkostninger. Ved at reducere anlægsinvesteringen med 20 %-point opnås et driftsøkonomisk resultat på henholdsvis 3,72 mio. DKK og 0,96 mio. DKK for henholdsvis kraftvarme og opgradering, se Tabel 37. Opgraderingskonceptet kan ved en kombination af reducerede anlægsinvesteringer og reducerede omkostningerne til drift og vedligehold af opgraderingsanlægget opnå et øget potentiale for at være feasible anlægs- og driftsøkonomisk, se kapitel Anlægsinvesteringer Forudsætning Forudsætning Driftsresultat mio. DKK Mio DKK Variation CPH Variation Opgradering 20% - 90,9-0,34-93,7-3,09 10% - 83,3 0,68-85,9-2,07 5% - 79,5 1,18-82,0-1,57 0% 76-1, ,1-1,06-5% - 71,9 2,20-74,2-0,56-10% - 68,1 2,71-70,2-0,05-20% - 60,6 3,72-62,4 0,96 110

111 Økonomisk analyse Tabel 37 Følsomhed - anlægsinvesteringer BMP-forsøgene 1.1 kapitel viser, at der ikke er en signifikant forskel i metanpotentialerne for de forskellige halmtyper. Til gengæld vises der en forskel mellem BMP-forsøgene og CSTR-forsøgene på ca. 50 % og ved opskalering til fuldskalaanlæg kan der være variationer i forhold til resultaterne fra CSTR-forsøgene. Derfor analyseres følsomhed over for udsving i metanudbyttet på +/- 20 %-point. Følsomhedsanalysen viser, at det driftsøkonomiske resultat har en relativ høj følsomhed overfor udsving i metanudbyttet. Begge anlægskoncepter har en relativ høj følsomhed overfor negative udsving i metanudbyttet og det driftsøkonomiske resultat reduceres med > 400 % ved et -20 % udsving i metanudbyttet. Ved et øget udbytte opnår anlægskonceptet for kraftvarme større fordele end det er tilfældet for anlægskonceptet for opgradering. Dette skyldes, at opgraderingsanlægget har en drifts- og vedligeholdsomkostning, som er afhængig af den producerede mængde biogas se Tabel 38. Det vurderes ud fra følsomhedsanalysen, at en sikker og stabil biogasproduktion er nødvendig for en sikker anlægs- og driftsøkonomi og at forbehandlingsmetoder, der kan øge metanudbyttet fra halm, vil have en positiv effekt på det driftsøkonomisk resultat. Dette sagt med det forbehold at forarbejdningsomkostningerne ikke er tilsvarende stigende. Metanudbytte fra halm Nm 3 /ton VS Driftsresultat mio. DKK mio. DKK Forudsætning Variation CPH Opgradering 20% - 261,0 5,92 2,90 10% - 239,3 3,81 0,92 5% - 228,4 2,75-0,07 0% 217,5-1,69-1,06-5% - 206,6 0,63-2,06-10% - 195,8-0,42-3,05-20% - 174,0-2,54-5,03 Tabel 38 Følsomhed - Metanudbytte Forbehandlingsomkostningerne ved en mekanisk formaling af halm, medfører en reduktion i cellulosens lange krystallinske kæder. Samtidigt øger formalingen overfladearealet og gør dermed halmen mere tilgængelig for de nedbrydende bakterier i biogasanlæggets reaktortank. For at gøre halmen tilgængelig for bakterierne i nedbrydningsprocesserne er der ved forarbejdningen også tilhørende forarbejdningsomkostninger. Anlægs- og driftsøkonomiens følsomhed overfor variationer i forarbejdningsomkostningerne viser, at forarbejdningsomkostningerne udgør en relativ lav risiko for det driftsøkonomiske resultat og at de 2 anlægskoncepter påvirkes ens. Alt andet lige udgør forarbejdningsmetoden anvendt i specialet en lav risiko for at påvirke anlæggets samlede driftsresultat negativt, se Tabel 39. Forbehandlingsudgifter i DKK / ton Driftsresultat mio. DKK 111

112 Økonomisk analyse Mio. DKK Forudsætning Variation CPH Opgradering 20% - 118,2 DKK/ton 1,30-1,46 10% - 108,4 DKK/ton 1,49-1,26 5% - 103,4 DKK/ton 1,59-1,16 0% 98,5 DKK/ton - 1,69-1,06-5% - 93,6 DKK/ton 1,79-0,97-10% - 88,7 DKK/ton 1,89-0,87-20% - 78,8 DKK/ton 2,08-0,67 Tabel 39 Følsomhed - Forbehandlingsomkostninger Følsomhedsanalyse kombinerede forudsætninger For at uddybe påvirkningen fra de ændrede forudsætninger i forhold til det driftsøkonomisk resultat præsenteres der i det følgende kapitel en række kombinationer af følsomhedsanalyserne. Tabel 40 viser anlægs- og driftsøkonomiens følsomhed over for ændringer i anlægsinvesteringerne samt drifts- og vedligeholdsomkostningerne ved opgraderingskonceptet. Det ses at opgraderingskonceptet har en relativt høj driftsrisiko, da opgradering først kan realisere et overskud ved et fald i anlægsinvesteringerne på 10 %- point samt et fald i opgraderingsomkostningerne på 5 %-point, hvilket vil forbedre det driftsøkonomisk resultat med ca DKK og give et overskud på DKK. Ydermere ses det, at en reduktion i opgraderingsomkostningerne på 20 % samt en reduktion i anlægsinvesteringen på 20 %-point sikre anlægget et overskud på 1,45 mio. Opgradering Anlægsinvesteringer Opgradering omk. 20% 10% 5% 0% -5% -10% -20% -20% -2,60-1,59-1,08-0,58-0,07 0,43 1,45-10% -3,33-1,83-1,33-0,82-0,31 0,19 1,20-5% -3,21-1,95-1,45-0,94-0,44 0,07 1,08 0% -3,09-2,07-1,57-1,06-0,56-0,05 0,96 Tabel 40 Følsomhed - Anlægsinvesteringer & Opgraderingsomkostninger Følsomhedsanalysen for kombinationen af forudsætningerne halm input og varmetab viser en middel til stabil anlægs- og driftsøkonomi for kraftvarmekonceptet. Dette ses ved at anlægs- og driftsøkonomien først bliver negativ ved 20 %-points varmetab eller en reduktion i halm inputtet på 4 %-point. Ydermere ses det, at en reduktion i halm inputtet på 2 % og et varmetab på 10 %-point vil give et negativt driftsresultat se Tabel 41. Kraftvarme Halm input TS% Varmetab 8% 4% 2% 0% -2% -4% -8% 112

113 Økonomisk analyse 20% 4,24 1,82 0,62-0,59-1,80-3,01-5,43 10% 5,39 2,97 1,76 0,55-0,66-1,87-4,29 5% 5,96 3,54 2,33 1,12-0,09-1,30-3,72 0% 6,53 4,11 2,90 1,69 0,48-0,73-3,15 Tabel 41 Følsomhed - Halm input & Varmetab Følsomhedsanalysen af hhv. omkostningerne ved indkøb af halm og forbehandlingsomkostninger viser en relativt stabil anlægs- og driftsøkonomi for kraftvarmekonceptet og der forekommer først negative driftsresultater ved en 20 %-point stigning i halmprisen. For opgraderingskonceptet ses der først et positivt driftsresultat ved et fald i halmprisen på 10 %-point, hvilket igen giver anledning til at vurdere opgraderingskonceptet til at have en relativ høj driftsrisiko se Tabel 42. Kraftvarme Halmpris Forbehandling omk. 20% 10% 5% 0% -5% -10% -20% 20% -1,30 0,00 0,65 1,30 1,95 2,60 3,90 10% -1,11 0,19 0,84 1,49 2,14 2,79 4,09 5% -1,01 0,29 0,94 1,59 2,24 2,89 4,19 0% -0,91 0,39 1,04 1,69 2,34 2,99 4,29-5% -0,81 0,49 1,14 1,79 2,44 3,09 4,39-10% -0,71 0,59 1,24 1,89 2,54 3,19 4,49-20% -0,52 0,78 1,43 2,08 2,73 3,38 4,68 opgradering Halmpris Forbehandling omk. 20% 10% 5% 0% -5% -10% -20% 20% -4,06-2,76-2,11-1,46-0,81-0,16 1,14 10% -3,86-2,56-1,91-1,26-0,61 0,04 1,34 5% -3,76-2,46-1,81-1,16-0,51 0,14 1,44 0% -3,66-2,36-1,71-1,06-0,41 0,24 1,54-5% -3,57-2,27-1,62-0,97-0,32 0,33 1,63-10% -3,47-2,17-1,52-0,87-0,22 0,43 1,73-20% -3,27-1,97-1,32-0,67-0,02 0,63 1,93 Tabel 42 Følsomhed - Halmpris & Forbehandlingsomkostninger Følsomhedsanalyser af hhv. omkostningerne ved halmindkøb og metanudbytte fra halm viser, at et reduceret metanudbytte på 5 %-point og en øget halmpris på 5 %-point giver et negative driftsøkonomisk resultat se Tabel 43. Dette viser en middel driftsrisiko, men understreger betydningen af, at halmen indkøbes til laveste pris. Kraftvarme Halmpris 113

114 Økonomisk analyse Metanudbytte 20% 10% 5% 0% -5% -10% -20% 20% 3,32 4,62 5,27 5,92 6,57 7,22 8,52 10% 1,21 2,51 3,16 3,81 4,46 5,11 6,41 5% 0,15 1,45 2,10 2,75 3,40 4,05 5,35 0% -0,91 0,39 1,04 1,69 2,34 2,99 4,29-5% -1,97-0,67-0,02 0,63 1,28 1,93 3,23-10% -3,02-1,72-1,07-0,42 0,23 0,88 2,18-20% -5,14-3,84-3,19-2,54-1,89-1,24 0,06 opgradering Halmpris Metanudbytte 20% 10% 5% 0% -5% -10% -20% 20% 0,30 1,60 2,25 2,90 3,55 4,20 5,50 10% -1,68-0,38 0,27 0,92 1,57 2,22 3,52 5% -2,67-1,37-0,72-0,07 0,58 1,23 2,53 0% -3,66-2,36-1,71-1,06-0,41 0,24 1,54-5% -4,66-3,36-2,71-2,06-1,41-0,76 0,54-10% -5,65-4,35-3,70-3,05-2,40-1,75-0,45-20% -7,63-6,33-5,68-5,03-4,38-3,73-2,43 Tabel 43 Følsomhed - Halmpris & Metanudbytte Delkonklusion Følsomhedsanalysen& &enkelt&forudsætninger&& Det vurderes i følsomhedsanalyserne for enkelt forudsætninger, at det driftsøkonomiske resultat, for anvendelse af halm til husdyrgødningsbaserede biogasproduktion, har højest følsomhed overfor biomasse specifikke forudsætninger såsom metanudbyttet fra halm, halminputtet og halmprisen. Begge anlægskoncepter har en relativt høj følsomhed overfor negative udsving i metanudbyttet og det driftsøkonomisk resultat reduceres med > 400 %-point ved et -20 %- point reduktion i metanudbyttet. Ved et øget udbytte opnå anlægskonceptet for kraftvarme større fordele end det er tilfældet for anlægskonceptet for opgradering. Det vurderes derfor, at en sikker og stabil biogasproduktion er alfa omega for en sikker anlægs- og driftsøkonomi. Et øget halm input med blot 2 %-point øger det driftsøkonomiske resultat med 70 %-point for kraftvarmekonceptet og øges halminputtet med 2-4 %-point vendes det driftsøkonomiske resultat for opgraderingskonceptet fra -1,06 mio. DKK til 0,88 mio. DKK. Det dog vigtigt, at der ved et øget TS-indhold tages højde for eventuelle begrænsende faktorer så som gødningsudbringningsteknologien samt en mulig hæmmende effekt på biogasproduktionen ved et C/N-forhold i reaktortanken > 25:1. Halmprisen udgør 85 % af de samlede biomassespecifikke omkostninger og har derfor en relativt høj indflydelse på det driftsøkonomiske resultat. Følsomhedsanalysen for enkelt forudsætninger viser, at det driftsøkonomiske resultat påvirkes positivt med % ved en reduktion i halmprisen på 5-10 % for biogasanlægget med afsætningskonceptet kraftvarme. Dette svarer til halmprisen fundet i specialets tekniske analyse på DKK/ton. For biogasanlægget med 114

115 Økonomisk analyse afsætningskonceptet opgradering viser følsomhedsanalysen for enkelt forudsætninger at et positivt driftsøkonomisk resultat først kan opnås ved en halmpris reduceret med 10 %. Biogasanlæggets driftsøkonomisk resultat er mindre følsomt overfor ændrede forudsætninger i de anlægs- og driftsrelaterede investeringer, varmetab og opgraderingsomkostninger. Det er vigtigt, at biogasanlægget dimensioneres efter det givne varmebehov. Ved et varmetab på 20 %-point følger et driftsøkonomisk resultat på -0,59 mio. DKK. Der findes ved et varmetab på henholdsvis 5 og 10 %-point et positivt driftsøkonomisk resultat. Følsomhedsanalysen af reducerede driftsomkostninger, med 20 %-point, til opgradering viser en halvering af underskuddet på det driftsøkonomiske resultat for opgraderingskonceptet. Det vurderes derfor at en teknologiudviklingsoptimering af drift og vedligehold af opgraderingsanlægget ikke er tilstrækkeligt i forhold til at sikre feasibiliteten på det driftsøkonomiske resultat ved opgradering af biogassen til naturgas kvalitet. Ved at reducere anlægsinvesteringen med 20 %-point opnås et driftsøkonomisk resultat på henholdsvis 3,72 mio. DKK og 0,96 mio. DKK for henholdsvis kraftvarme og opgradering. Dette betyder, at både kraftvarmekonceptet og opgraderingskonceptet har en højere driftsøkonomisk følsomhed over for anlægsinvesteringerne end varmetab og reducerede omkostninger til opgradering af biogassen til naturgas kvalitet. Følsomhed& &kombineret&forudsætninger& I uddybningen af følsomheden på det driftsøkonomiske resultat fra de ændrede forudsætninger, vurderes kombinationerne af ændringer i udvalgte forudsætninger. Anlægsinvesteringer og reducerede opgraderingsomkostninger (Opgraderingskoncept) Halm input og varmetab (Kraftvarmekoncept) Halmpris og forarbejdningsomkostninger Halmpris og metanudbytte fra halm Anlægs- og driftsøkonomiens følsomhed over for ændringer i anlægsinvesteringerne samt drifts- og vedligeholdsomkostningerne ved opgraderingskonceptet viser en relativt høj driftsrisiko ved opgraderingskonceptet. Dette ses ved, at en reduktion i opgraderingsomkostningerne på 20 % samt en reduktion i anlægsinvesteringen på 20 %- point kan sikre et relativt lavt overskud på det driftsøkonomiske resultat på 1,45 mio. Kombinationen af forudsætningerne halm input og varmetab viser en middel til stabil 115

116 Økonomisk analyse anlægs- og driftsøkonomi for kraftvarmekonceptet. Følsomhedsanalysen af hhv. omkostningerne ved indkøb af halm og forbehandlingsomkostninger viser en relativt stabil anlægs- og driftsøkonomi for kraftvarmekonceptet og der forekommer først negative driftsresultater ved en 20 % stigning i halmprisen. For opgraderingskonceptet ses der først et positivt driftsresultat ved et fald i halmprisen på 10 %, hvilket igen giver anledning til at vurdere opgraderingskonceptet til at have en relativt høj driftsrisiko. Følsomhedsanalyser af hhv. omkostningerne ved halm indkøb og metanudbytte fra halm viser, at et reduceret metanudbytte på 5 % og en øget halmpris på 5 % giver et negativt driftsøkonomisk resultat. Dette viser en middel driftsrisiko, men understreger betydningen af, at halmen indkøbes til laveste pris Break-evne analyse For at kortlægge mulige forbedringsforslag, der kan gøre anlægskoncepterne mere attraktiv, bestemmes anlægskoncepterne break-even. Situationen, hvor anlægget rammer break-even repræsenterer det punkt, hvor den totale indkomst er lig med de totale variable og faste omkostninger og fastsætter derved et minimum for anlæggets salgsvolumen ift. den økonomiske balance. Salgsvolumen er biogasanlæggets totale salg af varme og el, eller opgraderet biogas. Det kan antages, at et lavt break-even punkt sikrer en lav driftsrisiko (Shim et al. 2011). Break-even punktet vises grafisk og på y-aksen plottes data fra dækningsbidragsanalyserne; profit, variable udgifter og faste udgifter i DKK. På x-aksen vises den analyserede biomasse input ton. Break-even punktet vil optræde der, hvor totale indtægt og de totale udgifter (VC+FC) krydser. Uden anlægsstøtte er kraftvarmekonceptet knapt rentabelt og derfor ses der også en relativ høj driftsrisiko. Med anlægsstøtte, ses en mindre risikofyldt drift, hvilket gør investering i kraftvarmekonceptet mere attraktivt end investering i opgraderingskonceptet da opgradering selv med anlægsstøtte har en høj driftsrisiko. For at opnå en sikker anlægs- og driftsøkonomi er det nødvendigt at reducere omkostningerne til opgradering af biogassen til naturgaskvalitet. Kraftvarmekonceptet og opgraderingskonceptet ligger begge tæt på break-even, hvilket betyder at små ændringer i forudsætningerne er afgørende for biogasanlæggets driftsresultat (int. Møller ) Beak-even graferne vises i figurerne 44, 45, 46 og

117 Økonomisk analyse Figur 44 Break-even kraftvarmekonceptet uden anlægsstøtte & & Variable udgifter / ton Andel Indtægt/ton Faste udgifter Halm 732, % Husdyrgødning 34,44 85% Græs 370,59 5% 121, , ,27 117

118 Økonomisk analyse Figur 45 Break-even kraftvarmekonceptet med anlægsstøtte & Variable udgifter/ton andel Indtægt/ton Faste udgifter Halm 732, % Husdyrgødning 34,44 85% Græs 370,59 5% 121, , ,11 118

119 Økonomisk Figur 46 Break-even analyse opgraderingskonceptet uden anlægsstøtte Variable udgifter / ton andel Indtæg t Faste udgifter Halm 732, % Husdyrgødning 34,44 85% græs 370,59 5% 121, , ,68 119

120 Økonomisk analyse Figur 47 Break-even opgraderingskonceptet med anlægsstøtte Variable udgifter / ton andel Indtægt Halm 732, % Husdyrgødning 34,44 85% græs 370,59 5% 121, , ,77 120

121 Økonomisk analyse & Delkonklusion Specialets break-even analyse viser at kraftvarmekonceptet har en mindre driftsrisiko end opgraderingskonceptet. Uden anlægsstøtte har kraftvarmekonceptet en relativt høj driftsrisiko, hvor opgradering har en meget høj driftsrisiko og et negativt driftsresultatet, hvilket ses ved, at de akkumulerede indtægter ikke krydser de akkumulerede omkostninger. Ved opnåelse af anlægsstøtte vurderes det i specialet, at driftsrisikoen for kraftvarmekonceptet er middel til høj og at opgraderingskonceptet har en relativt høj driftsrisiko. Anlægsstøtten gør begge afsætningskoncepter mere interessante, men det kan konkluderes at opgraderingskonceptet kun interessant, hvis placeringen ikke muliggør kraftvarmeproduktion. 121

122 Økonomisk analyse 7 Konklusion Besvarelse af problemformuleringen: Hvordan kan anvendelsen af halm til biogasformål bidrage til den danske husdyrgødningsbaserede biogasudbygning? Det vurderes ud fra specialets analyser, at: Anvendelse af halm forarbejdet på hammermølle til biogasproduktion kan skabe værdi både for landbruget, og for de danske biogasanlæg. Ydermere vurderes det, at anvendelsen af halm til biogasformål kan bidrage til de danske klimamålsætninger i begge de analyserede afsætningskoncepter; kraftvarme og opgradering af biogas til naturgas kvalitet. Konklusionen er: Halm forarbejdet på hammermølle, er et velegnet produkt til biogasproduktion og kan understøtte de politiske målsætninger for den danske biogasudbygning frem mod Samtidig bidrager biogasudbygningen til opfyldelsen af de danske klimamålsætninger, værdiskabelse for landbruget, i rollen som biomasseleverandør og biomasseaftager, og for de danske biogasanlæg. I det følgende uddybes konklusionen. Besvarelsen af problemformuleringen tager udgangspunkt i de 2 hovedområder i specialet; den tekniske analyses konklusioner, (sammenfattet i delkonklusioner i kapitel 5) og den økonomiske analyses konklusioner, (sammenfattet i delkonklusioner i kapitel 6).

123 Konklusion 7.1 Konklusioner fra den teknisk analyse. I feasibility analysen udgør den tekniske analyse grundlaget for den økonomiske analyse i et procesoptimerende perspektiv, hvor muligheden for anvendelsen af halm til biogasproduktion analyseres. I det følgende vil delkonklusionerne af den tekniske feasibilitet blive præsenteret i én samlet konklusion Kapitel 5.1: Besvarer følgende: - a) Hvilke rammevilkår og politiske målsætninger er opstillet for biogasproduktion i Danmark og hvilken betydning har disse for anvendelsen af halm til biogasproduktion? De nuværende energipolitiske målsætninger har fokus på at fremme udnyttelsen af husdyrgødning samt at mindske anvendelse af energiafgrøder til biogasproduktion. Med udgangspunkt i tilskuds- og støtteordningerne fra Energiaftalen 2012 fremskriver energistyrelsen en stigning i den danske biogasproduktion fra den nuværende energiproduktion på 4,3 PJ til op imod 10 PJ i Der satses særligt på en biogasudbygning med afsætningskoncepterne biogaskraftvarme og biogasopgradering til naturgaskvalitet. Med denne udvikling kan en øget efterspørgsel på organiske restprodukter forventes, hvilket allerede ses for organisk industriaffald med stigende priser til følge. Derfor søger eksisterende biogasanlæg og biogasanlæg under etablering, nye muligheder for anvendelse af landbrugets bi- og restprodukter. Interessen for biogas betyder et øget behov for anvendelse af halm til biogasformål og dermed også for teknologiudviklingen i forhold til den nødvendige forbehandling af halm Kapitel 5.2, Besvare følgende: - b) Hvilken biogasanlægsteknologi er den mest anvendte i Danmark? - c) Hvilken betydning har anvendelse af halm til biogasproduktion for biogasproduktionen i danske husdyrgødningsbaserede biogasanlæg? - d) Hvilke halmtyper og hvilken forbehandlingsgrad har størst potentiale for anvendelse til biogasproduktion i Danmark? 123

124 Konklusion - e) Hvordan kan biogasproduktion baseret på halm og husdyrgødning bidrage mest muligt til de danske klimamålsætninger? Den mest anvendte type af biogasanlæg i Danmark er Continuous Stirred Tank Reaktor (CSTR) anlæg. Denne metode anvender oftest et TS-indhold på 10-15%, således at biomassen er flydende og pumpbar. Optimum for C/N-forholdet ved CSTR-metoden er 25:1, og anvendelsen af halm som den primære TS-kilde til biogasproduktion vil kunne hæve biomassens samlede C/N-forhold betydeligt. Halm har en positiv indvirkning på C/Nforholdet i husdyrgødningsbaserede biogasanlæg, der hovedsageligt anvender svinegylle med et relativt lavt C/N-forhold. Den største udfordring ved anvendelse af halm til biogasformål er, at halm er en lignocellulosisk biomasse, som behøver forbehandling for at øge nedbrydeligheden af halmen i reaktortanken og for at øge metanpotentialet. Specialets udrådningsforsøg af halm forarbejdet på hammermølle viser, at der ikke er forskel på metanpotentialet i de undersøgte halmtyper eller i de undersøgte forarbejdningsgrader (partikelstørrelser) over en udrådningsperiode på 20 dage. Det må derfor antages, ud fra, at der er en nedre forarbejdningsgrænse, hvor der ikke opnås et øget metanpotentiale, samt at denne grænse ligger under de i specialet undersøgte partikelstørrelser. Anvendelse af husdyrgødning i biogasanlæg er en anerkendt teknologi til at nedbringe drivhusgasudledninger, i landbruget ved ændret gyllehåndtering og ved substitution af fossile brændsler. Der er dog signifikant forskel på drivhusgas reduktionspotentialet alt efter, hvordan biogassen anvendes. Et biogasanlæg, med dimensionering efter specialets case, kan nedbringe drivhusgasudledningen og bidrage til de danske klimamålsætninger med op til ton CO 2 ækv., hvis biogas anvendes til kraftvarme. Opgradering af biogassen til naturgaskvalitet kan derimod kun nedbringe drivhusgasudledningen med ton CO 2 ækv. Det kan konkluderes at kraftvarmeproduktions bidrag til klimamålsætningerne er væsentligt større Kapitel 5.3: Besvare følgende: - f) Hvordan kan ressourcegrundlaget fra halm og husdyrgødning i det danske landbrug understøtte en betydelig biogasudbygning? 124

125 Konklusion - g) Hvilken betydning har anvendelse af halm til biogasproduktion i husdyrgødningsbaserede biogasanlæg for udbringningen af gødningsproduktet afgasset biomasse? Landbrugets rolle som leverandør af biomasse til energiformål reguleres både af EU- og national lovgivning. EU har opstillet en række bæredygtighedskriterier. Anvendelse af halm og husdyrgødning bliver dog ikke påvirket af disse kriterier, så længe halmen har oprindelse som bi- eller restprodukt i landbruget. Nationalt er der opstillet mål for udfasning af energiafgrøder anvendt til biogasproduktion og energiafgrøder. Dette medfører et øget behov for at anvende landbrugets bi- og restprodukter, hvilket skaber et incitament til anvendelse af halm og husdyrgødning. Det vurderes, at halm ud fra fremtidens ressourcegrundlag kan understøtte en biogasudbygning af den danske husdyrgødningsbaserede biogasproduktion med ca. 15 PJ, hvilket svarer til 1,8 mio. ton halm og 18 mio. ton husdyrgødning. De største halmressourcegrundlag findes ved vinterhvede og vårbyghalm, som tilsammen udgør op imod 80 % af den danske halmproduktion. År med svigtende udbytter anses for at kunne udgøre en risiko for anvendelsen af halm til biogasformål. For, at en udbygning på op imod 15 PJ kan realiseres er det en absolut nødvendighed, at halmen bjerges fra marken og at dette er lønsomt for landbruget. Specialet vurderer, at en halmpris på mellem 560 og 610 DKK/ton er realistisk for at kunne understøtte landbrugets villighed til at bjerge halmen fra markerne. Landbrugets rolle som gødningsaftager afhænger bl.a. den afgassede biomasses gødningsværdi. Specialet vurderer, at gødningsværdien af afgasset biomasse er stigende med et faldende vægtet udnyttelseskrav. Med udgangspunkt i specialets biogascase er værdien af afgasset biomasse fra en biogasproduktion baseret på; halm og husdyrgødning 6,41 DKK/ton ved erstatning af svinegylle som gødningsprodukt og 31,80 DKK/ton ved erstatning af handelsgødning, hvilket giver biogasanlægget gode muligheder for at afsætte den afgassede biomasse. Ydermere vurderes en mulig forringet jordkvalitet grundet bjergning af halm, at kunne være en barriere for landbrugets villighed til at anvende halm til biogasformål. På baggrund af de udførte udrådningsforsøg i specialet under Kulstof tilbageførsel fra afgasset halm til landbruget, vurderes kulstoftilbageførslen ved udbringning af afgasset biomasse fra biogasproduktion baseret på halm og husdyrgødning. Det konkluderes heri, at op imod 80 % af kulstofindholdet tilbageføres landbruget ved udbringning af den afgassede biomasse. Der en reduktion i kulstofudbringning på 20 % ved anvendelse af halm til biogasformål, i forhold til, når halmen ikke bjerges, men snittes og efterlades på marken. Derfor vurderes det i 125

126 Konklusion specialet ikke at give anledning til bekymring om en reduceret jordkvalitet ved anvendelse af halm til biogasformål. 7.2 Økonomisk analyse. Konklusionerne fra den økonomiske analyse vil blive præsenteret i det følgende Kapitel 6: besvarer følgende - h) Hvordan kan anvendelsen af halm bidrage til anlægs- og driftsøkonomien i danske husdyrgødningsbaserede biogasanlæg? - i) Hvilke faktorer har betydning for anlægs- og driftsøkonomien ved anvendelse af halm til biogasformål i husdyrgødningsbaserede biogasanlæg? - j) Hvilken driftsrisiko kan der forventes ved biogasproduktion baseret på halm og husdyrgødning? På baggrund af den udførte DB1 analyse vurderes det, at halm kan bidrage betydeligt til anlægs- og driftsøkonomien ved biogasproduktion baseret på halm og husdyrgødning, og på baggrund af DB2 analysen vurderes kraftvarmekonceptet at være en mere attraktiv teknologi end opgraderingskonceptet. Det vurderes i følsomhedsanalyserne, at det driftsøkonomiske resultat for anvendelse af halm til husdyrgødningsbaseret biogasproduktion har højest følsomhed for biomassespecifikke forudsætninger og særligt for metanudbyttet fra halm, halminputtet og halmprisen. En sikker og stabil biogasproduktion er alfa omega for en sikker anlægs- og driftsøkonomi. Øges halminputtet med blot 2 %-point øges det driftsøkonomiske resultat med 70 %-point for kraftvarmekonceptet. Øges halminputtet med 2-4 %-point vendes det driftsøkonomiske resultat for opgraderingskonceptet fra -1,06 mio. DKK til 0,88 mio. DKK. Det vurderes dog, at det er vigtigt, at der ved et øget TS-indhold tages højde for eventuelle begrænsende faktorer, såsom gødningsudbringningsteknologi samt en mulig hæmmende effekt på biogasproduktionen. Halmprisen har relativt stor indflydelse på det driftsøkonomiske resultat og følsomhedsanalysen viser, at det påvirkes positivt med %-point ved en reduceret halmpris fra 650 DKK/ton til mellem DKK/ton. For opgraderingskonceptet viser 126

127 Konklusion følsomhedsanalysen, at et positivt driftsøkonomisk resultat først kan opnås ved en halmpris reduceret med 10 %-point. På baggrund af anlægs- og driftsøkonomiens følsomhed over for ændringer i udvalgte kombinationer af forudsætninger, kan det konkluderes at: - Opgraderingskonceptet har en relativt høj driftsrisiko ved ændringer i forudsætningerne for anlægsinvesteringer samt drifts- og vedligeholdsomkostninger. - Kraftvarmekonceptet har en middel driftsrisiko ved ændrede forudsætninger for halminput og varmetab. - Kraftvarmekonceptet har en relativt lav driftsrisiko og at opgraderingskonceptet har en relativt høj driftsrisiko ved ændringer i omkostninger ved indkøb af halm og forbehandlingsomkostninger. - Kraftvarmekonceptet har en middel til høj driftsrisiko og opgraderingskonceptet har en høj driftsrisiko ved ændring i forudsætningerne for omkostninger ved halmindkøb og metanudbytte fra halm. Break-even analysen i specialet viser, at kraftvarmekonceptet udgør en lavere driftsrisiko end opgraderingskonceptet, både med og uden anlægsstøtte. Kraftvarmekonceptet og opgraderingskonceptet ligger begge tæt på break-even, hvilket betyder at små ændringer i forudsætningerne er afgørende for driftsresultat. Konklusionen i break-even analysen er, at kraftvarmekonceptet udgør en lavere driftsrisiko end opgraderingskonceptet. & 127

128 Perspektivering 8 Perspektivering I dette kapitel perspektiveres konklusionerne i specialet i en udvidet teknologisk sammenhæng, som ligger udover specialets problemfelt og afgrænsninger. Analyserne i specialet bygger på metanpotentialer og -udbytter baseret på laboratorieforsøg og demonstration af kontinuerlig udrådning på et kraftigt nedskaleret CSTR-anlæg. For at kunne vurdere et mere eksakt potentiale kræver det fuldskala forsøg. Samtidig, er det væsentligt at teste forbehandlingssystemet i fuldskala for at skabe optimale betingelser for en videre teknologiudvikling. Specialet er afgrænset fra at undersøge andre mulige forarbejdningssystemer. En analyse af andre relevante forbehandlingssystemer er interessant for at kunne bidrage til et mere nuanceret billede af potentialet for anvendelse af halm til biogasproduktion. Det er også interessant at undersøge mulige optimeringer i landbruget ift. bjergning, presning og transport af halm, som kan nedbringe halmprisen og derved øge feasibiliteten ved anvendelse af halm til biogasformål. Separation af den afgassede biomasse i en fiber og væske fraktion muliggør recirkulering af disse fraktioner. Anlæg med recirkulering af enten væske eller fiber fraktioner kan potentielt ændre forudsætningerne og dermed potentialet. Samspillet mellem separation og forbehandling er relevant for at udvikle viden om en mulig optimering af metanudbyttet fra halm. Det er i specialet vurderet, at der ikke er grund til bekymring for reduceret jordkvalitet ved anvendelse af halm til biogasproduktion. En fuld undersøgelse af den afgassede biomasses grundstofsammensætning og molekylære struktur, kan bidrage med mere konkret viden om mulige positive effekter for jordkvaliteten ved udbringning af afgasset halm i landbruget. Ovenstående understreger, at en strategisk indsats for at forbedre udnyttelse af halm til biogas er nødvendig for at opnå viden om mulige flersidede fordele. De danske rammevilkår for biogasproduktion viser politisk incitament for en satsning på kraftvarmeproduktion og opgradering af biogassen til naturgaskvalitet. Dette fordrer en snæver teknologiudvikling. Alternative anvendelsesmuligheder bør også udvikles, da disse er en force for biogasteknologien. Udviklingen af business cases for anvendelse til transport, i lokale biogasnet eller procesvarme, bør derfor undersøges med henblik på en mere differentieret udbredelse af biogasteknologien i Danmark. 128

129 Kilder 9 Kilder B Beuse, E.; Boldt, J.; Maegaard, P.; Meyer, N.I.; Windeleff, J.; Ostergaard, I, Vedvarende energi i Danmark. En krønike om 25 opvækstår , OVE s Forlag, Aarhus. Brancheforeningen for Biogas, 2014a. Gårdanlæg. Link: Brancheforeningen for Biogas, 2014b. Fællesanlæg Link: Birkemose, Torkild; Gregersen, Kurt hjort; Stefanek, Kasper, Biomasse til biogasanlæg I Danmark - på kort og langt sigt. AgroTech. Link: Kaspersen, Bjarke S. et al, Bioenergi og vandmiljø Vurdering af potentielle effekter af en biogassatsning på landbrugets tab af næringsstoffer. ENSPAC, Roskilde Universitet. Blom, Angelika, Biogas from Lignocellulosic Biomass. Rapport U2012:07/ISSN , Avfall Sverige. Link: Brockhouse, John W.; Wadsworth, James J., Vital Steps: A Cooperative Feasibility Study Guide. Rapport 58. U.S. Department of Agriculture, Rural Business-Cooperative Service, C Chandra, R; Takeuchi, H; Hasegawa, T, 2012 Methane production from lignocellulosic agricultural crop wastes: A review in context to second generation of biofuel production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, nr. 16, udgave 3, Pergamon, s COWI 2013: Laugesen, Frederik Møller; Gudum, Anette; Glenting, Carsten. Business case for biogasanlæg med afsætning til naturgasnettet- Biogas Taskforce. Version C. E 129

130 Kilder Elkjær; Jakob, Regin Gaarsmand & Tyge Kjær; et al Prefeasibility undersøgelse Biogas Køng-Lundby, Biogasanlæg med opgraderingsanlæg. ENSPAC, Roskilde Universitet; 30. december 2013 Link: Energiaftalen, Regeringen: Aftale mellem regeringen (Socialdemokraterne, Det Radikale Venstre, Socialistisk Folkeparti) og Venstre, Dansk Folkeparti, Enhedslisten og Det Konservative Folkeparti om den danske energipolitik Energinet.dk, Lokal anvendelse af biogas kontra opgradering til naturgassystemet- en samfundsøkonomisk analyse. Link: Energistyrelsen, 2012a. Begrænsning for brug af majs og andre energiafgrøder til produktion af biogas; Klima-, Energi- og bygningsministeriet og Energistyrelsen. Link: Energistyrelsen, 2012b. Alternative drivmidler. Energistyrelsen med COWI. Link: Energistyrelsen 2012c. Aftrapning af midlertidige tilskud til biogas. Set 2014 Link: Link: Energistyrelsen, 2014a. Biogas i Danmark status, barrierer og perspektiver. Link: energi/bioenergi/biogas-taskforce/rapporter_taskforce/biogas_i_danmark_-_analyse_2014- final.pdf Energistyrelsen, 2014b. Bæredygtighedskriterier for biogas forslag til håndtering og proces. Klima-, Energi- og bygningsministeriet og Energistyrelsen. Link: 130

131 Kilder Energistyrelsen 2014c. Technology Data for Energy Plants - Generation of Electricity and District Heating, Energy Storage and Energy Carrier Generation and Conversion. Energistyrelsen Maj 2012, opdateret oktober 2013 og januar Link: Technology_data_for_energy_plants.pdf Enerigstyrelsen 2012c. Aftrapning af midlertidige tilskud til biogas. Set 2014 Link: Link: EUROmilling, Findelingsanlæg EU-4B. F Flyvbjerg, Bent, Rationalitet og magt, Bind 1, det konkretes videnskab. 1. Udgave, Akademisk Forlag Fødevareministeriet, Landbrug og klima Analyse af landbrugets virkemidler til reduktion af drivhusgasser og de økonomiske konsekvenser. Link: Landbrug_og_klima.pdf Fødevareministeriet, BEK : Bekendtgørelse om tilskud til biogasanlæg m.v. Lovtidende A. Link: Fødevareministeriet, BEK : Bekendtgørelse om jordbrugets anvendelse af gødning i planperioden 2014/2015 og om plantedække. Lovtidende A. Link: H Hamelin, Lorie; Naroznova, Irina; Wnezel, Henrik, Environmental consequences of different carbon alternatives for increased manure-based biogas. Syddansk Universitet Odense, udgivet på under Applied Energy. Hansen, Vibeke Ærø, Jordfrugtbarhed og bioenergi En arbejdsrapport i forbindelse med projektet Teknologi og miljø i landbruget nye løsninger?. Det Økologiske Råd. 131

132 Kilder I IPCC, Intergovernmental panel on climate change; Climate Change 2013, the physical science basis. Link: J Jacobsen, B. H.; Laugesen, Frederik M.; Dubgaard, Alex; Bojesen, Mikkel, 2013: IFRO Rapport, Biogasproduktion i Danmark vurderinger af drifts- og samfundsøkonomi. Institut for fødevare og ressourceøkonomi, Københavns Universitet, udarbejdet for NaturErhvervsstyrelsen, Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri. Link: oekonomi/ifro_rapport_220.pdf Jørgensen, Mette, Muligheder og barrierer for levering af halm til bioenergi Spørgeundersøgelse vedr. Produktion og salg af halm til bioenergi. Dansk Landbrugsforening Sydhavsøerne. Jørgensen, Peter Jacob, 2008: Biogas grøn energi, Proces Anlæg Energiforsyning Miljø. PlanEnergi og Forsker for en dag, Det jordbrugsvidenskabelige Fakultet, Aarhus Universitet 2009, 2. Udgave 1. oplag. K Kaparaju, Prasa Laxmi-Narasimha; Serrano, M; Angelidaki, Irini, Effect of reactor configuration on biogas production from wheat straw hydrolysate. Department of Environmental Engineering, DTU, udgivet i Bioressource Technology Journal nr. 100, 24. udgave. Kjær, Tyge, Regulering og planlægning af miljø, natur og energi (K1). Teori, metode og praksis Fagområdekursus 5, 28/ Klima-, Energi- og Bygningsministeriet, LOV , Lov om ændring af lov om fremme af vedvarende energi, lov om elforsyning, lov om naturgasforsyning og lov om Energinet.dk. Lovtidende A. Link: Klima-, Energi- og Bygningsudvalget, TBL , Tillægsbetænkning over Forslag til lov om ændring af lov om fremme af vedvarende energi, lov om elforsyning, lov om naturgasforsyning og lov om Energinet.dk (Støtte til vindmøller på land, biogas og 132

133 Kilder eksisterende industrielle kraft-varme-værker samt forlængelse af puljen til nye VE-teknologier m.v.) Folketinget. Link: Klima-, Energi- og Bygningsministeriet, LBK , Bekendtgørelse af lov om fremme af vedvarende energy. Lovtidende A. Link: Kristeligt Dagblad, Landmænd ønsker at gøde mere. Ritzau. Link: Kvale, Steinar; Brinkmann, Svend, Interview Introduktion til et håndværk. Hans Reitzel, 2. udgave, L Luostarinen, Sari; Normak, Argo; Edström, Mats, Baltic MANURE WP6 Energy potentials OVERVIEW OF BIOGAS TECHNOLOGY. Baltic Forum for Innovative Technologies for Sustainable Manure Management. M Maskinbladet, Kommunalt ja til anderledes biogasanlæg. Link: Matson, James, Cooperative Feasibility Study Guide. United States Department of Agriculture, Rural Business Cooperative service, RBS Service report. Menardo, Simona; Airoldi, G.; Balsari, P., The effect of particle size and thermal pretreatment on the methane yield of four agricultural by-products. Torino University, udgivet i Bioressource Technology Journal nr. 104, side Miljøministeriet, BEK : Bekendtgørelse om anvendelse af affald til jordbrugsformål (Slambekendtgørelsen). Lovtidende A. Link: Møller, Henrik B.; Jørgensen, Peter Jakob, Dybstrøelse hører hjemme i biogasanlæg Henrik b. Møller & Peter Jakob Jørgensen. Biopress. Link: N 133

134 Kilder NaturErhvervsstyrelsen Vejledning om gødsknings- og harmoniregler, Planperioden 1. august 2013 til 31. juli Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri, revideret udgave 10. september Link: regnskab/vejledning_om_goedsknings-_og_harmoniregler_ _september_2013_6_udgave_1_.pdf P Poulsen, Ida Helt; Jacobsen, Malthe, Naturligt kredsløb : BIOGAS i København : indstilling afgivet af arbejdsgruppen til vurdering af mulighederne for etablering af et biogasanlæg til behandling af kildesorteret organisk affald fra Københavns kommune. Tekniske bilag. 1. oplag, Miljøkontrollen, København kommune. R Regeringen, Energiaftalen 2008: Aftale mellem regeringen (Venstre og Det konservative Folkeparti), Socialdemokraterne, Dansk Folkeparti, Socialistisk Folkeparti, Det Radikale Venstre og Ny Alliance om den danske energipolitik i årene Link: varmeforsyning/forsyning-varme/regulering/godkendelsesprocedure/energiaftale _final.pdf Regeringen, Grøn Vækst. Link: Groen_vaekst.pdf Regeringen, 2011: Vores energi Link: Regeringen, Energiaftalen 2012: Aftale mellem regeringen (Socialdemokraterne, Det Radikale Venstre, Socialistisk Folkeparti) og Venstre, Dansk Folkeparti, Enhedslisten og Det Konservative Folkeparti om den danske energipolitik Link: V Vinther, Finn Pilgaard; Kristensen, Ib Sillebak; Sørensen, Peter, Vedrørende notat om effekt af udnyttelsesprocent for afgasset gylle. DCA Nationalt center for Fødevarer og Jordbrug, Aarhus Universitet. 134

135 Kilder Link: Redegørelse_om_udvaskningseffekt_bioforgasning_ pdf X Xergi, 2014: Arla Foods og Xergi går videre med biogasprojekt. Link: 10 Interviews Kilde henvisning INT. Efternavn Årstal, minut-tal 11 Bilag Bilag 1: Mindmap for de overordnede tanker vedrørende specialets opbygning Bilag 2: Interviewguide Arne Jensen Bilag 2.1: lydfil interview Arne Jensen Bilag 3: Interviewguide Henrik B. Møller & Fontaine Doline Bilag 3.1: Lydfil interview Henrik B. Møller & Fontaine Doline Bilag 4: Dækningsbidrag Bilag 5: Forbehandlingsmetoder Bilag 6: Anlæg for fint formaling af halm til brug i biogasanlæg. Bilag 7: Formalingstest udført hos EUROmilling Bilag 8: SOP - Mini-Batch opstart (Nils Lass Rasmussen) Bilag 9: BMP-forsøg 1 metanpotentialer Bilag 10: Effect of anaerobic co-digestion of milled lignocellulosic materials with animal manure on biogas production Bilag 11: Gødningsregnskab Bilag 12: BMP-forsøg kulstof tilbageførsel Bilag 13: SOP BMP-forsøg kulstof tilbageførsel Bilag 14: EL-spot priser 2013 Bilag 15: Gas spot priser 2013 Bilag 16: Økonomisk analyse Bilag 17: Biogasanlæg i DK 135