Optimering af råvarer, processer og restfraktioner i biogasanlæg

Transkript

1 Optimering af råvarer, processer og restfraktioner i biogasanlæg Henrik B. Møller Aarhus Universitet, DJF

2 Nyt forskningsanlæg på Foulum Aarhus universitet giver enestående muligheder for forskning i biogas i hele kæden fra plante, husdyr produktion, konvertering, gødningsanvendelse.

3 Råvarer Husdyrgødning 1. Gylle 2. Dybstrøelse 3. Fiber Afgrøder 1. Enårige højværdi afgrøder 2. Flerårige miljø afgrøder 3. Vedvarende arealer 4. Økologiske 5. Akvatisk biomasse Affald 1. Høj værdi affald 2. Slam, husholdningsaffald 3. Lav værdi

4 Prioritering af råvarer forskellige interesser Tilgængelighed (potentialer) Pris (kr/m 3 CH 4 ) Energitæthed (m 3 CH 4 /ton) Miljøgevinst (drivhusgas gevinst, næringsstofudnyttelse og tab)

5 Råvarepris og energipotentiale (nationalt) Råvare pris (kr/m 3 CH4) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Vedvarende arealer Glycerol, fedt mm. A ndet affald Dybstrøelse (fjerkræ) 15 km Fiber (gyllesep) Vedvarende afgrøder (10% areal Gylle bio gasanlæg (5 km) Gylle ab gård Energipotentiale PJ/år (brutto) Højværdi afgrøder (10% areal)

6 Metan udbytte ved kilde separation af svinegylle 2 typer L CH4/kg VS dage Fast fraktion kildeseparation 2 Ajle fraktion 2 4,5 % TS Fast fraktion kildeseparation Ajle fraktion % af metanpotentialet Ajle Fast 22 % TS

7 Nye råvarer - nye krav Total GHG balance (kg CO2 equivalenter pr ha eller pr dyreenhed) % % 10% 15% 20% 25% 30% 35% Methan emission (% af produceret CH 4 ) majs roer jordskokker svinegylle

8 Præcis fastsættelse af metan potentialer og udvikling af hurtig metoder Simple metoder: Eksempel med enggræs Liter biogas*kg VS y = -19,961x ,9 R 2 = 0,3397 y = 15,309x - 254,83 R 2 = 0, y = -1,6283x ,901x - 316,79 R 2 = 0,5332 % IVOS, NDF eller TS% IVOS NDF TS% De enkelte afgrøder bør undersøges separat, bedre metoder bør eftersøges. Kan der laves modeller for husdyrgødning??

9 Forslag til forskningsbehov i råvarer Forøgelse af energitæthed i gylle (vandbesparelser, separation kilde/mekanisk-kemisk) Præcis fastsættelse af metan potentialer og udvikling af hurtig metoder Miljøgevinster kg CO 2 ekvivalenter pr enhed, næringsstoffer, natur mm.

10 Processer Procesforståelse og processtyring 1. Hæmningsmekanismer 2. Overvågning, kontrol, styring on-line, at-line Forbehandling 1. Kemisk-fysisk (macerering, trykkogning, syre/base, ultralyd) 2. Enzymer Proces design 1. Seriedrift 2. Nye koncepter ( fremtidens biogas ) 3. In-line NH 3 fjernelse.

11 Eksempel på hæmningsmekanismer - kvælstof Metan udbytte (% af reference) Reference reaktor y = x R 2 =0.85 Eksempel på fjernelse af NH 3 in line ammoniak koncentration (g/l) Der er yderligere behov for at kende hæmningsmekanismer bedre og finde metoder til at fjerne NH3 eller at kompensere for hæmning ved N fjernelse

12 On-line eller at-line måling/kontrol af proces parametre Vi ønsker at måle: VFA (acetate, propionate, valerate etc.), total N, NH 4, svovl, TS/VS mm. Metoder til måling af proces parametre: Titrering Fordele: Meget billig Ulemper: Kun total VFA, indirekte metode, prøve forberedelse gør on-line vanskelig Gas kromatograf Fordele: direkte metode til individuelle VFAer Ulemper: Kun VFA, prøve forberedelse gør on-line vanskelig, meget dyr og vanskelig at køre NIR Fordele: Kan måle alle relevante parametre, ingen prøveforberedelse. Ulemper: Indirekte metode, dyr, meget kalibrering nødvendig MIMS Fordele: Ingen prøveforberedelse Ulemper: Kalibrering fra gas til væske, dyr, meget kalibrering nødvendig

13 Forbehandling Eksempel på forventet effekt med biomasse med 50% nedbrydelighed 0% 10% 20% 30% 40% 50% Macerering Enzymer Ultralyd kemisk Forskellige forbehandlingsmetoder er velegnet til forskelligt TS indhold og biomasse nedbrydelighed Termisk/kemisk (lav og høj temperatur)

14 Nye koncepter fremtidens biogas GÅRD Biogas Fosfor gødning GÅRD GÅRD GÅRD 700 t/d 75% Svinegylle 25% Kvæggylle 2 x CSTR BIOGASFÆLLESANLÆG Ammonium gødning Separation Væske fraktion Fiber fraktion Seriedrift: Effekt ved forskellige kombinationer af temperatur og opholdstid?? GÅRD GÅRD GÅRD Fosfor gødning 75% Svine- 25% Kvæggylle Biogas Vådoxidation/trykkogning GÅRD Ammonium gødning Svine gylle Separation Tykke fraktion Væske fraktion 480 t/d 10% TS BIOGASFÆLLESANLÆG Ammonium gødning Separation Væske fraktion Fiber fraktion Forseparation, rec. fiber og forbehandling: Effekt ved forskellige kombinationer af temperatur og opholdstid??

15 Efterbehandling og restprodukter Harmoni 1. Separation og afsætning af overskudsnæringsstoffer N og P Termisk omsætning af fiber 1. Koncentreret gødning 2. Udnyttelse af rest energi

16 Termisk omsætning af restfibre Eksempel fra Foulum: CHP: kwh el kwh varme Gas fyr: kwh varme Minimum kwh Hvad med emissioner? Teknologi valg? Afbrænding/forgasning Gylle kwh Separation kwh Fiber (1% P 1% N) Aske (10% P) Majs/græs kwh Biogas Væske Afg. (0.1% P) kwh Hvad er værdien og er der et reelt behov? I eksempel med brug af gas til procesvarme giver dette mulighed for minimum 20% mere elproduktion og varme.

17 Tak for opmærksomheden