Biogas rolle i EnergiPlan Fyn og LCA af forskellige græs-til-biogas koncepter

Størrelse: px

Starte visningen fra side:

Download "Biogas rolle i EnergiPlan Fyn og LCA af forskellige græs-til-biogas koncepter"

Sidsel Cecilie Nøhr
8 år siden
Visninger:

1 Biogas rolle i EnergiPlan Fyn og LCA af forskellige græs-til-biogas koncepter Henrik Wenzel, Lorie Hamelin, Julie H. Hansen, Peter S. Hansen og Voicu T. Muica Syddansk Universitet Græs til biogas seminar: Udfordringer, erfaringer, potentialer og perspektiver Syddansk Universitet, Odense 3. september 2014

2 Afklaring af rammevilkår for VE systemet

3 Økonomi for biogasanvendelse i systemet DKK/year 150,000, ,000,000 50,000,000 0 Expenses Income Total -50,000, ,000, ,000,000 August 2014

4 Biogas opgradering - skubber eller hydrogenering? Annual profit [DKK/year] 100,000,000 80,000,000 60,000,000 Scrubber 40,000,000 External upgrade 20,000,000 Natural gas price [DKK/GJ] ,000,000-40,000,000-60,000,000-80,000,000 August 2014

Scrubber 40,000,000 External upgrade 20,000,000 Natural gas price

5 Biogas opgradering - skubber eller hydrogenering? Annual profit, without tariffs [DKK/year] 140,000, ,000, ,000,000 80,000,000 60,000,000 Scrubber External upgrade 40,000,000 20,000,000 0 Natural gas price [DKK/GJ] ,000,000-40,000,000 August 2014

100,000,000 80,000,000 60,000,000 Scrubber External upgrade 40,000,000

6 Konklusion 1 1. Det afgørende for en bioenergi er ikke dens egne egenskaber set isoleret 2. Det afgørende er bioenergiens system integration: Hvilket system skal bioenergien virke i og hvad fortrænger hovedproduktet og co-produkterne fra biomasse konverteringen? Hvordan integrerer processen el, transportbrændsler og varme, herunder hvor fleksibelt den kan skifte mellem disse Hvor godt tillader processen at optage brint i systemet Hvor godt håndterer den landbrugets kulstofbalance, og resulterende Hvordan den påvirker systemets samlede egenskaber

co-produkterne fra biomasse konverteringen?

7 Konklusion 2 Termisk forgasning og forgæring har gode integrationsegenskaber i et VE system, fordi: De omdanner biomasse til et brændsel, der kan lagres, fx gas på naturgasnettet Gas-baseret el-produktion er attraktiv som stand-by og regulering af vindkraft fordi: Et gas-baseret kraftværk kan indreguleres hurtigt (få minutter), og især Gas-baseret el-produktion har lav investeringsomkostning pr. installeret effekt hvilket er afgørende i et fremtidigt system, hvor den kun aktiveres i 5-10 % af tiden Biogas og syntesegas er gode til at assimilere brint under hydrogenering af gasserne

kan indreguleres hurtigt (få minutter), og især Gas-baseret el-produktion har lav investeringsomkostning pr.

8 Konklusion 3 På længere sigt tegner to biomasse konverteringsveje mest lovende i et udbygget VE system: Træ-biomasse skal termisk forgasses til en syntesegas og videre hydrogeneres med brint i vid udstrækning til flydende brændsler til luftfart og tung trafik på vej Våd biomasse + halm skal via biogas og videre hydrogeneres med brint til SNG Biogas samforgæring af halm og gylle har gode integrationsegenskaber, fordi: Det forbedrer C/N forholdet i forhold til rene gylle anlæg og øger C-indholdet og gasudbyttet pr. m3 gylle. Det tillader, at næringssalte og svært nedbrydeligt kulstof returneres til jorden og øger dermed den energitilgængelige mængde halm, hvis jorden skal have sin del på langt sigt.

Biogas samforgæring af halm og gylle har gode integrationsegenskaber, fordi: Det forbedrer C/N forholdet i forhold til rene gylle anlæg og øger C-indholdet og gasudbyttet pr.

9 Markjordens kulstofindhold Vi har større halmpotentiale (50 PJ/år?) til energiformål, hvis det bruges i biogas, men et væsentligt mindre potentiale (ca. 15 PJ/år?), hvis det bruges i forbrænding hvis jorden skal have samme mængde C på langt sigt.

10 Part 2: LCA

11 Context Extremely interconnected world Strategic research: Must quantified in a future perspective: Decisions are taken TODAY, but will generate consequences in the FUTURE 11

12 The future Background conditions for possible futures: More people to feed More meat & dairy on the menu Increased demand for land-dependant bioenergy Uncertainty prospects for yield increase (P accessibility, pollinator decline, climate change impacts, etc.) 12

land-dependant bioenergy Uncertainty prospects for yield increase

13 System Integration Agricultural / land system Energy system (Organic) waste system

14 System Integration Agricultural / land system BIOGAS Energy system (Organic) waste system

15 1) The land system

16 Global outlook on land use (today) 13 Gha of land area on Earth: 4.89 Gha agricultural land 1.53 Gha arable land; 3.36 Gha pastures 4.04 Gha forest 3.76 Gha natural forest; 0.28 Gha plantations Uncultivable 19% 4.09 Gha other land 2.50 Gha uncultivable (tundra, ice, desert); 1.59 Gha rest (built-up land, savannah, etc.) Rest 12% Forest 31% Arable land 12% Pasture 26% (FAOSTAT, retrieved in 2012; FAO 2010; Kampman et al. 2008; Kok et al. 2008) 16

28 Gha plantations Uncultivable 19% 4.09 Gha other land 2.50 Gha uncultivable (tundra, ice, desert); 1.

17 Land use changes LUC DLUC Food/feed crop Energy crop ILUC LUC Nature Cropland Intensification 17

18 2) The energy system (v/ Henrik Wenzel)

19 3) LCA case study - Various pathways for grass-tobiogas

20 Aim Goal: investigating the environmental consequences of different strategies for managing the residual grass FU: 1 t freshly harvested grass 1 t freshly harvested grass Co-digestion with pig slurry (no pretreatment) Co-digestion with pig slurry (with pretreatment) Pellets (CHP) & AD of liquid (with straw) Composting Animal feed Green biorefinery: protein & AD of solid (with slurry) =>: 6 baseline scenarios

slurry (no pretreatment) Co-digestion with pig slurry (with pretreatment) Pellets (CHP) & AD of liquid

21 Scenario 3: IFBB Integrated generation of solid Fuel & Biogas from Biomass Press cake Drying Pelleting Solid Fuel CHP Power Heat Water Harvest Transport to biogas plant Storage Hydrothermal conditioning Mechanical dehydration (screw press) Avoided grass decay Avoided alternative straw management Press fluid Straw Anaerobic Digestion Digestate Biogas Storage CHP Application on land Power Heat Avoided marginal heat Avoided marginal power Avoided mineral fertiliser

22 Scenario 6: Green Biorefinery Press juice Protein extraction (Steam coagulation and Centrifuging) Decanted juice Protein cake Spreading on land with low K Feeding (see Scenario 5)... Harvest Transport to biogas plant Storage Screw press (extrusion) ILUC Avoided grass decay Avoided conventional slurry management Slurry Press cake Anaerobic Digestion Digestate Biogas Storage CHP Application on land Power Heat Avoided marginal heat Avoided marginal power Avoided mineral fertiliser

23 Results 800 Lower BMP 75% vs 99% grass Pellets digested - GWP kg CO 2 equivalent per FU Sc.1: co-digestion with slurry, no pretreatment Sc.2: co-digestion with slurry, with pre-treatment -195 C Sc.3: IFBB Sc.4: Composting -609 Sc.5: Feed ILUC Sc.6: Biorefinery Savings Impacts Misc. processes Biogas/compost process Avoided heat, biogas Avoided electricity, biogas Avoided heat, pellets Avoided electricity, pellets Pellets combustion Straw/wood chip management Slurry management Digestate/compost handling Avoided grass decay iluc Net total Ref: Muica, VT (2014). Enhanced management of residual grass in Denmark. Master thesis, SDU.

24 Conclusion Prioritize the protein value for feeding Significant environmental benefits of avoiding reference manure management, whenever this is possible Grass is better used for biogas than left on-field or composted In a 100% RES, biomass is the only source of C, and the environmental cost of biomass is potentially very high. Using our available residues as efficiently as possible is thus of tremendous importance.

25 Questions & Discussions

Relaterede dokumenter

Hvad siger energi-scenarierne om transporten? Hvad skal vi vælge til hjemmeplejen og hvad med den tunge transport

Hvad siger energi-scenarierne om transporten? Hvad skal vi vælge til hjemmeplejen og hvad med den tunge transport Henrik Wenzel, Syddansk Universitet, Seminar om grøn bilflåde i kommunerne Dato: 2. oktober