HALM, DYBSTRØELSE OG ANDRE TØRSTOFRIGE BIPRODUKTER TIL BIOGAS FORBEHANDLING OG POTENTIALER Henrik B. Møller Institut for Ingeniørvidenskab PlanEnergi/Aarhus Universitet
Bruttoenergi (PJ/år) Foder Tilgængelig Strøelse Strøelse 2 HVORFOR ANVENDE HALM TIL BIOGAS? 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Halm Husdyr Industri Husholdning slam Landbrug Halm er langt den største affalds ressource med meget høj energitæthed. Organisk affald fra samfund Afbrænding Biogas Ikke udnyttet til energi
% af tørstof 3 KEMISK SAMMENSÆTNING 100% 90% protein halm celler 80% fedt 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% stivelse sukker hemicellulose cellulose lignin aske Celle væge Cellulose mikrofibril 0% Halm Svin Kvæg Majs Gødning. sukker glukose
Liter CH4/kg VS L CH4/kg VS 4 BESTEMMELSE AF GASPOTENTIALER I HALM 400 350 300 250 200 150 100 400 350 300 250 200 50 0 DK NO DK NO DK NO DK NO Byg V.hvede Vår hvede Havre 15 dage 30 dage 90 dage Innoculum har meget stor betydning 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 dage Byg (No) Vinterhvede (No) Vårhvede (No) Havre (No) Byg (DK) Vinterhvede (DK) Vårhvede (DK) Havre (DK)
CH4 L/kg VS BESTEMMELSE AF GASPOTENTIALER I HALM 340 290 240 190 Hvede halm 140 90 40-10 -60 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 dage Horsens 35 C Bånlev 35 C Foulum 53 C Thorsø 53 C Al-Zohairi, N og Møller 2012 5
Type 1 Type 2 Type 3 Gs. byg Type 1 Type 2 Type 3 Gs. hvede Raps ærte Rødsvingel Rug Majsensilage 6 BIOGAS I HALM 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Liter methan/kg VS Byg halm Hvede halm Andet halm 30 dage 60 dage 90 dage
Byg halm Hvede halm Raps halm Majsensilage Svinegylle 7 BIOGASPOTENTIALER 250 200 150 100 50 0 Nm 3 CH 4 /ton 90 dage 60 dage 30 dage
8 FORBEHANDLING AF HALM Forbehandling Teknologier Brikketering Mekanisk Macerering Extrudering LSH Biotech kæde-knuser Termisk Trykkogning (100-225 C) Kemisk Enzymatisk, biologisk Syre (eddikesyre, Svovlsyre), Base (NH 3, NaOH), Ozon. Cellulase, svampe mm. Ubehandlet Macereret Brikketeret Extruderet
FORBEHANDLING - EKSTRUDER Ubehandlet Macereret Brikketeret Extruderet Konklusion: Forbehandling er nødvendig ved anvendelse af større mængder halm-rig biomasse, Ekstudering velegnet inde for større spænd af TS (20-85%).
FOULUM MODELLEN TIL TØRSTOFRIG BIOMASSE Ombygning af eksisterende anlæg med tørstoflinie til erstatning af majs og periode drift af økobiomasse. Lagring Forbehandling Indfødning Dosering
EFFEKT AF EKSTRUDER Hjorth et al. 2011 11
EFFEKT AF EKSTRUDERING Dybstrøelse Enggræs Halm
KOMMENDE FORBEHANDLINGS FORSØG Brikketering Ny forsøgs ekstruder
Briketering Silo Transport snegl Cyklon Mixer Presse BP 6000 Halm-bane og opriver Hammermølle Komprimeret halm til reaktor
Briket presse teknikken Mekanisk påvirkning i stempel presse, sammenlignelig med dampeksplosion, med kortvarige høje tryk og temperaturer. Teknikken kan udelukkende anvendes til tør biomasse, dvs. biomasse med >80% TS.
Kwh/tons friskvægt Ton materiale/time ENERGIFORBRUG OG KAPACITET 14 12 10 8 6 4 2 0 20 30 40 50 60 70 80 90 Tørstofindhold (%) Brikket presse 160 140 120 100 80 60 40 Brikket presse Ekstruder Mixer Samlet 20 0 20 40 60 80 100 Tørstofindhold (%)
ENERGIBALANCER
ØKONOMI VED IMPLEMENTERING AF EKSTRUDER/BRIKET PRESSE PÅ EKSISTERENDE ANLÆG 4 Omkostninger Kr/m 3 CH 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Enggræs Halm Majs Dybstrøelse Drift mandetimer Afskrivning af forbehandling råvare pris Elforbrug forbehandling Reparation og vedligehold Ved tilbygning til eksisterende anlæg skal biomasse kunne konkurrere med majs 10.000 tons/år, 5 mill kr, 10 års levetid, elpris 0,5 kr/kwh, halm og enggræs 0,52 kr/kg TS, Majs 1 kr/fe
kr/tons halm 19 ØKONOMI HVAD KOSTER HALMEN 700 600 500 Udendørs lagring kan give besparelse. Biogas har ingen krav til lavt vandindhold 400 300 200 100 0 Kraftværk Biogas, lagerhal Biogas, markstak gødningstab lagring bjærgning/hjemtransport tranport
Råvarepris (kr/m 3 CH 4 ) 20 HVAD MÅ HALMEN KOSTE 6 5 4 Majs 150 l CH 4 / kgvs 200 l CH 4 / kgvs 3 2 Gylle 300 l CH 4 / kgvs 250 l CH 4 / kgvs 1 Forbehandling 0 Acc. prisniveau 0 200 400 600 800 Pris (kr/ton halm)
Udbytte (m 3 CH 4 /ton) Tørstof % 21 HALM TIL GYLLEBASEREDE ANLÆG Halm alene kan ikke bruges til biogas Halm og gylle er en god kombination men ved større mængder er der fysiske/procesmæssige udfordringer Hvor stor en andel?? Maksimalt 10% med traditionel teknologi, Højere andel kræver, forbehandling, separation, recirkulation mm. 60 50 40 30 20 10 0 60 Gasudbytte Tørstof input Tørstof reaktor 50 40 30 +100% gas 20 10 0 0 5 10 15 20 Andel af halm til svinegylle ( vægt%) Ny tørstoflinie, med extruder/briketpresse og tør indfødning er igangsat på Foulum biogas. OBS. Langtidserfaring haves ikke.
HALM MÆNGDER DER KAN HÅNDTERES I BIOGASANLÆG 100% af gødning 36,6 3,66 Tilsætning af 10% halm 50% af gødning 18,3 1,83 Husdyrgødning idag 0,14 1,4 Halm 0 20 40 60 100% af gødning 26,7 26,0 Mængde (mill. tons) 50% af gødning 13,4 13,0 Husdyrgødning Der kan opnåes 100% mere gas i de gylle baserede anlæg ved tilsætning af 10% halm direkte eller indirekte idag 1,0 1,0 0 20 40 60 Halm Energi (PJ/år) 22
KONKLUSION Halm er landbrugets største ressource til energi, >20 PJ anvendes ikke til energi idag. Halm/engræs/dybstrøelse har en meget høj energitæthed og højt biogaspotentiale, forbehandling øger gaspotentiale og mindsker de fysiske udfordringer. Der kræves længere opholdstid end andre biomasser hvis det fulde gaspotentiale skal opnåes. Gaspotentialet i gyllebaserede reaktorer kan mere end fordobles ved tilsætning af 10% halm Ved en halm/græs pris på 400-500 kr/ton er halm konkurrence dygtig med majs til 1 kr/fe. Dybstrøelse giver bedste økonomi Langtids driftsforsøg med forbehandling af halm kendes pt. ikke 23
24 TAK FOR PMÆRKSOMHEDEN