Status for teknologierne - Biogas

Transkript

1 1 Status for teknologierne - Biogas Temadag om VEVE-gasser og gasnettet STATUS for TEKNOLOGIERNE BIOGAS energinet.dk Trinity HotelHotel- og Konferencecenter 5. oktober 20 Lars Ellegaard 5. okt. 2011

2 2 Hvad er VE Biogas? Methanholdig gas dannet ved anaerob (ilt fri) mikrobiel omsætning af organisk materiale Typisk sammensætning: Hovedbestanddele: Methan (CH 4 ) Kuldioxid (CO 2 ) Sporgasser: vol.% vol.% ppm Svovlbrinte (H 2 ) Kvælstof (N 2 ) 0-2% Andre få ppm

3 3 Gastekniske egenskaber: Gastype: MJ/Nm 3 Brænd Relativ Wobbe Methan værdi vægtf. Index tal Biogas (65% CH 4 ) ca. 130 Methangas Naturgas ca. 70

4 4 Kilder til VE Biogas: Biogasfællesanlæg baseret på gylle som hovedsubstrat Gårdbiogasanlæg baseret på gylle som hovedsubstrat Biogasanlæg baseret på spildevandslam Industrielle biogasanlæg Biogasanlæg baseret på organisk fraktion af husholdningsaffald mv. Losseplads biogas indvindingsanlæg (måske ikke rigtig VE gas) I det følgende f er fokuseret på gyllebaseret biogas, da det er her det største fremtidige VE potentiale findes. Primær r fokus er på biogasfællesanl llesanlæg.

5 5 Hovedemner: Historisk udvikling og nuværende planmæssigt stade Nuværende teknisk stade og karakteristika Udfordringer og udviklingsaspekter

6 6 Etablering af biogasfællesanl llesanlæg: Der blev i perioden fra slut 1980 erne til slut 1990 erne etableret knap 20 biogasfællesanlæg (2 mindre anlæg er siden lukket). De tidlige anlæg er etableret med ca. 20% anlægsstøtte, et elpristillæg på 27 øre/kwhe og afgiftsfritagelse på varmesiden. Siden er kun tilkommet enkelte nye biogasfællesanlæg, bl.a. Morsø og Biokraft samt forsøgsanlægget på Foulum. Enkelte anlæg er renoveret og udvidet indenfor de seneste år, bl.a. : Lemvig, Hashøj, Blåbjerg, Linkogas og flere overvejer. Måbjerg Biogas er under opførelse og forventes idriftsat ultimo 2011.

7 7 Vest Danmark (15): Vester Hjermitslev Vaarst / Fjellerad Biogasfællesanl llesanlæg i Danmark Vegger Morsø Lemvig Thorsø Hodsager Sinding-Ørre Studsgård Bånlev Blåbjerg Blåhøj Filskov Lintrup Ribe Øst Danmark (6): Biokraft Snertinge Hashøj Davinde Fangel Nysted

8 Status for Biogasfællesanl llesanlæg: 21 anlæg, overvejende placeret i Vest Danmark. Behandlingskapacitet per anlæg op til ca. 200,000 ton/år biomasse per anlæg. Der behandles pt. 2,2 2,4 mill ton biomasse/år, heraf ca. 2 mill ton gylle/husdyrgødning (resten er primært div. organisk affald). Gylle-mængde i Danmark er ca. 30 mill ton/år, dvs. 6-7% behandles i dag. En forholdsvis stor andel af oplagt organisk affald er allerede udnyttet. Energiproduktionen er af størrelsesorden 2 PJ / år, dvs. 0.25% af Danmarks brutto energiforbrug på ca. 800 PJ/år. Dvs. : VE Biogas er pt. en lille aktør på det danske energimarked, men med et stort fremtidigt potentiale!

9 9 Hovedemner: Historisk udvikling og nuværende planmæssigt stade Nuværende teknisk stade og karakteristika Proces Råvarer og udbytter Anlæg Karakteristika Udfordringer og udviklingsaspekter

10 10 ORGANISKE POLYMERER Hydrolyse Initiel hydrolyse GLUKOSE, AMINOSYRER, LANGKÆDEDE FEDTSYRER Anaerob oxidation Acidogenesis Acidogenese (syredannelse syredannelse) Elektron receptorer LACTAT,ETHANOL BUTYRAT, PROPIONAT Acetogenese (acetatdannelse acetatdannelse) Acetogenese ACETAT Methanogenese METHAN KULDIOID HYDROGEN KULDIOID Methanogenesis (metandannelse metandannelse) Acetat CO + CH 2 4 (hovedoms hovedomsætningsvej ca. 70%) 4H + CO 2 2 CH + 2H 4 2 O

11 11 Methanogenic Archae in biogas plant Vegger Red cells are methanogens, members of genus Methanosarcina 11

12 12 Status for teknologierne - Biogas Methanogenic Archae in biogas plant Grindsted Yellow-green cells are methanogens, members of genus Methanosaeta Lars Ellegaard 5. okt

13 13 Potentielle råvarer for VE Biogas: Stort set alt med et indhold af organisk stof og uden miljøfremmede stoffer. Af praktiske og procesmæssige årsager dog med visse bånd på blandingsegenskaber (TS niveau, N-indhold, balanceret kost, ph stabilitet, rimelig tidsmæssig stabilitet for blanding). Mest oplagte råvaretyper: Gylle (stabiliserende bæremedie for proces, rigelige mængder) Relativt våde biomasser (vanskelige for andre energiprocesser) Organiske affaldstyper (kan fås/lånes frem for købes) Mange små kilder (blanding/stordriftsfordele)

14 14 Teoretisk øvre methan potentiale (Buswel Buswel) a b n a b n a b C n H a Ob +(n - - )H 2O ( + - )CH 4 +( - + )CO B o,th ( = n a b + - ) n+ a +16b l CH 4 (STP g -VS ) Praktisk omsættelighed 50-90%

15 15 Enhedssubstrattyper, udbytter mv. TABEL 1 Generelt DTU model Udbyttetal mv. (excl. udvaskningstab) Antagen Buswel Max. Andel ift. Cellemasse + NH 3 /NH 4 Metanandel Org. mellemprodukter (model) nedbr.grad Metanudb. Metanudb. Buswel (C 5 H 7 NO 2 ) balance via H 2 /CO 2 (udover acetat, H 2 /CO 2 ) Komponentbetegn. Kemisk formel % nl-ch4/g-vs nl-ch4/g-vs % g/g-vs mg-n/g-vs % Cellulose (C 6 H 10 O 5 ) n 50% % % Glucose, Propionat, Butyrat Protein (Gelatine) CH 2.03 O 0.6 N 0.3 S % % % Aminosyrer, Prop., But., Valerat Lipid (Glycerin-tri-Oleat) C 57 H 104 O 6 100% % % LCFA, Propionat Opløst Glucose C 6 H 12 O 6 100% % % Propionat, Butyrat Acetat (Eddikesyre) CH 3 COOH 100% % % Ingen Propionat CH 3 CH 2 COOH 100% % % Ingen Butyrat (Smørsyre) CH 3 CH 2 CH 2 COOH 100% % % Ingen LCFA (Oleat) C 18 H 34 O 2 100% % % Ingen

16 16 Udbytteeksempler: Kvæggylle : 8% VS ~ 80 kg-vs/ton á 0.2 Nm 3 -CH 4 /kg-vs => Specifikt methangasudbytte : 16 Nm 3 -CH 4 /ton Slagteriaffald : 16% VS ~ 160 kg-vs/ton á 0.5 Nm 3 -CH 4 /kg-vs => Specifikt methangasudbytte : 80 Nm 3 -CH 4 /ton Energiafgrøde : 27% VS ~ 270 kg-vs/ton á 0.35 Nm 3 -CH 4 /kg-vs => Specifikt methangasudbytte : 95 Nm 3 -CH 4 /ton Fedtaffald : 80% VS ~ 800 kg-vs/ton á 0.90 Nm 3 -CH 4 /kg-vs => Specifikt methangasudbytte : 720 Nm 3 -CH 4 /ton Typisk aktuel produktion på biogasfællesanl llesanlæg : Nm 3 -CH 4 /ton ~ Nm 3 -biogas/ton

17 17 Hovedprocesdiagram - Typisk Termofilt Biogasanlæg ton biomasse per døgn Modtage/lagertanksfacilitet: - BLT : 800 m 3 - FLT : 2x1750 m 3 - ILT : 400 m 3 Udrådningsanlæg: - RT : 2x6500 m 3 - ERT : 3200 m 3 16 dgn HRT (80/20%) 12 timer MGRT (pumpesekv.) min o C Udkørselslager/gaslager: - ELT : 2x2350 m 3 Gaslager: - 1 x 1400 m 3 (1 time) eller - 2 x 6250 m 3 (9 timer) FLT 1 RT 1 Tankvognsbaner BLT ERT ELT 1 + Gaslager/ga sindv. Modtagehal FLT 2 RT 2 Bagtip/ combi bane ILT Procesluft indsamling Kompost lugtfiltre Gasmåling & behandling Læsn./udkørsel via modtagehal ELT 2 (evt. gaslager) Proces varme Kedel eller egen KV omsætn. Tryk forøgelse Eloverskud Lavtrykseksport èt eller flere eksterne kraftvarmeværker

18 18 (KVV gasmotorer & fliskedel) BLAABJERG, t/år (Biogasanlæg) Forlager Gas fakkel Teknik - Personale Gas behandling Biogasreaktorer Rådnetanke KVV Industriaffald Blande Tank Modtagehal Seperation / Fiber Efterlager / Gaslager

19 19 Teknisk stade og karakteristika (anno 2011): t/r vejtransport af biomasse, primært i flydende form med 30 m 3 tankvogne Termofil (~55 o C) eller mesofil (~37 o C) proces, dgn. primær oph.tid. Valg afhænger af N belastning, hygiejnisering mv. Varierende type hygiejnisering!? Reaktorer op til ca m 3 væskevolumen Serieudrådning af varierende koncept Op til 75% varmegenvinding Biologisk svovlbrinterensning til typisk ppm H 2 S Næsten udelukkende ekstern omsætning i gasmotorer Transmission op til 10 km Egenopvarmning primært ved anden biomasse eller egen gasmotor Men : Der er store forskelle og ikke 2 anlæg der er ens

20 20 Hovedemner: Historisk udvikling og nuværende planmæssigt stade Nuværende teknisk stade og karakteristika Udfordringer og udviklingsaspekter

21 21 Udviklingsaspekter/trends (anno 2011): Tendens til meget store anlæg (1000 ton/dag plus) aht. økonomi => Transport og gasafsætningsproblemer! Decentral separation, biomasse pumpning, omladning mhp. minimering af transportomkostninger Flerstrenget og alternativ gasomsætning (længere transmission, opgradering til NG net, etc.) Højere grad af egenomsætning (evt. uden fuld varmeproduktion) For- eller efterbehandling mhp. større effektivitet/udbytte Nye biomassetyper med stort udbytte (energiafgrøder mv.) Efterseparation af udrådnet biomasse Nye opgraderingsprocesser mhp. lavere opgraderingsomkostning Stjerneanlæg med lokalt biogas net til større byer eller central opgradering Det stritter stritter i mange retninger!

22 22 Udfordringer for fremdrift (anno 2011): Afhængig af støtteelement i en eller anden form Uafklarede fremtidige rammevilkår (og flere modeller i spil) Afgiftsmæssige barrierer for alternativ gasanvendelse Usikkerhed omkring omkostning og afregning ifm. afsætning til NG net Financiering og garantistillelse (typisk ingen eller begr. kommunegaranti) Vanskelige aftaleforhold omkring varmeafsætning Placeringsvanskeligheder ift. planlov og lokale myndigheder Fortsat uafklarede forhold omkring hygiejniseringsforhold (fortolkning af EU biproduktforordning) Der er store, såvel politiske som tekniske, udfordringer i at få f sat VE Biogas eksprestoget på skinner og få f det op i fart! År 2020 nærmer sig med hastige skridt!

23 23 Tak for opmærksomheden! VE gasser går en lysende fremtid i møde! Spørgsm rgsmål?