Praktiske erfaringer med anvendelse af høj andel vedvarende græs til økologisk biogas Henrik Bjarne Møller, Institut for Ingeniørvidenskab, Aarhus Universitet
Avendelse af græs fra vedvarende arealer til biogas AU historik 2006 2008 2010 Forskningsbevillinger DJF innovations bevilling: Bæredygtige metoder til genopretning og pleje af engarealer via høst af biomasse til biogasanlæg. DJF innovations bevilling: Høst af engbiomasse med henblik på energiproduktion og nedsat næringsstofudledning DJF indgår i CBMI projekt om afgrøder og forbehandling DJF indgår i regions projekt om økobiogas Dokumentation af effekt og miljø Effekter Landbrugsmæssig politisk interesse for anvendelse af enge til energi/miljø 2 2012 2014 Agrotech og AU får EU milder: BioM AU-DJF får 2 EUDP projekter med forbehandling: ekstruder, Briket presse AU-DJF anvender midler til udvikling af høst, lagring og optimering af biogas proces til græs Baltic compass støtter forbehandling AU-DJF investerer i nyt forbehandling og indfødning af enggræs Anvendelse af græs og halm i praksis??
Avendelse af græs fra vedvarende arealer til biogas - Fase 1 3
Avendelse af græs - Fase 1
BMP IVOS NDF Minimum 51.0 31.8 40.4 Maximum 405.6 73.3 70.7 Mean 287.5 56.3 59.0 Gaspotentialer- Fase 1 Meget stor variation Alle arealer er forskellige Deschampsia cespitosa Diverse sward Diverse, but a substantial amount of Lolium perenne and some Agropyron repens Diverse, but a substantial amount of Lolium perenne and some Juncus effusus Diverse, but dominated by Holcus lanatus Diverse, but substantial amount of Agrostis stolonifera and Festuca rubra Diverse, but substantial amount of Agrostis stolonifera and Juncus effusus Diverse, but substantial amount of cares sp. Diverse, but substantial amount of Festuca rubra Diverse, but substantial amount of Festuca rubra and Lolium perenne Diverse, but substantial amount of Festuca rubra and Poa trivialis Diverse, but substantial amount of Holcus lanatus Diverse, but substantial amount of Juncus effusus Diverse, but substantial amount of Juncus effusus and Festuca rubra Diverse, but substantial amount of Juncus effusus and Holcus lanatus Diverse, but substantial amount of Juncus effusus and Lolium perenne Diverse, but substantial amount of Juncus effusus and Trifolium repens Diverse, but substantial amount of Lolium perenne Diverse, but substantial amount of Lolium perenne and Holcus lanatus Diverse, but substantial amount of Lolium perenne and Juncus effusus Diverse, but substantial amount of Lolium perenne and Taraxacum officinale Diverse, but substantial amount of Lolium perenne, and some Juncus effusus Diverse, but substantial amount of Taraxacum officinale and Juncus effusus Diverse, but substantial amount of Taraxacum officinale and Lolium perenne Diverse, but substantial amount of Trifolium repens and Lolium perenne Dominated by Agropyron repens and Poa trivialis Dominated by Agrostis stolonifera with Phallaris and Glyceria fluitans Dominated by Alopecurus geniculatus, Poa pratensis and Phallaris Dominated by Deschampsia cespitosa Dominated by Deschampsia cespitose and Agropyron repens Dominated by Deschampsia cespitose and Festuca rubra Dominated by Deschampsia cespitose and Glyceria fluitans Dominated by Deschampsia cespitose and Holcus lanatus Dominated by Deschampsia cespitose and Poa pretensis Dominated by Deschampsia cespitose with a substantial amount of Juncus effusus Dominated by Elytrigia repens and Phallaris Dominated by Festuca rubra and Agrostis stolonifera Dominated by Festuca rubra and Poa pratensis Dominated by Festuca rubra, Holcus lanatus and Deschampsia cespitose Dominated by Glyceria maxima and carex sp. (also some phallaris) Dominated by Glyceria maxima and Juncus effusus Dominated by Glyceriea fluitans and Deschampsia cespitose Dominated by Holcus lanantus and Ranunculus repens Dominated by Holcus lanatus (also some Taraxacum officinale and Agropyron repens) Dominated by Holcus lanatus and Deschampsia cespitose Dominated by Holcus lanatus and Phallaris Dominated by Holcus lanatus, Poa trivialis and Phallaris Dominated by Holcus lanatus, Taraxacum officinale and Lolium perenne Dominated by J. articulatus with Holcus lanatus Dominated by Juncus effusus Dominated by Juncus effusus (also some Glyceria maxima and Phallaris)
Gaspotentialer 2009 2011 Arealer der har været ude af drift I mange år er ofte domineret af lysesiv Lysesiv
Anvendelse af NIR til nærringsstofbestemmelse fra vedvarende arealer N (% af TS) P (% af TS) K (% af TS) n 212 212 174 Min 0.46 0.08 0.177 Max 3.25 0.56 1.889 Mean 1.71 0.20 0.75 S. Dev 0.59 0.07 0.39 R 2 0.82 0.65 0.88 1. God til N og K (R 2 =0,88 og 0,8) 2. Mindre god til P (R 2 =0,59 7
Høst og lagring BioM projektet Snitning Presning Presning Læsning Aflæsning Lagring
Projektering og etablering af ny økolinje Ny reaktor skrinlægges Tør indfødning bliver en del af Kravsspecifikationen efter kuldsejlede forsøg med opblanding i gylle med høj andel græs Etablering af ny reaktor må skrinlægges, Ørum springer fra som gasaftager mulighed for delvis økodrift undersøges 2012: Plantedirektorat godkender
Høst i Nørreådalen >200 ha Etablering af leverandør Forening 2012 og kontrakter Priser Pris kobles op på prisen for majs. Minimum 0,52 kr/kg TS for engbiomasse. Gylle og dybstrøelse indgår som råvare uden betaling. Leverandørforening får gødning Uden afregning.
Høst og lagring År Skårlægning Presning Lagring Tørstof Skårlægning Presning Lagring Tørstof Pris 2009 2m bugseret Rundballe boogieaksel Ingen overdækning 40-60% Let maskine brugbar på meget våde arealer God bæreevne brugbar på meget våde arealer Tårnstakning minimerer pladsbehov Stort tørstoftab Ikke beregnet 2010 6 og 9 m bugseret Rundballe boogieaksel Pomi rundballewrap Ca 85% Middeltung maskine brugbar på våde arealer Som 2009 Rundballe pølse meget pladskræv-ende Minimalt tørstoftab 0,71 DKK/kg TS 2011 6 og 8 m butterfly Rundballe enkeltaksel+ minibig Pomi rundballewrap+ stakwrap Ca 85 % Tung maskine Dybe spor + fastkørsel i våde områder Minibig = tung maskine kun brugbar på tørre arealer Minibig i stakwrap min. pladsbehov. Rundballestak med presenning meget arbejdskrævend e Acceptabelt tørstoftab 0,54 DKK/kg TS 2012 9m butterfly Rundballe enkeltaksel Ingen overdækning 70-85% Som 2011 Acceptabel bæreevne. Brugbar på våde arealer Minimeres. Max biomasse høstes direkte til bioforgasning Tørstoftab vs arb. behov acceptabelt 0,45 DKK/kg TS 2013 9m butterfly Rundballe Big/minibig Ingen overdækning >80% Som 2011 Tørstoftab vs arb. behov acceptabelt?? 2014 9m butterfly Rundballe Big/minibig Ingen overdækning >80% Som 2011 Tørstoftab vs arb. behov acceptabelt??
Biogas research plant Fuldskala forbehandling Extruder Briket presse Fullscale plant 1,200 m3 digester, 22,000 tonnes manure) 4,100 tonnes straw, Grass and maize Fast indfødning >1.7 mill. m3 biogas 3,223 MWh el 6,200 MWh varme
Håndtering og forbehandling af græs/halm Våd-linie (20-80% DM) Lagring Indfødning Tør-linie (>80% DM) Forbehandling Afgasning
Skift fra majs til græs og fiberrigt materiale In warm periods dosing of solid material is reduced due to lack of gas sale
Biomasse Foulum biogas anlæg
Forbehandling af ligno-cellulose Forbehandling Mekanisk Kemisk Teknologi Brikettering Macerering Extrudering Syre (eddike syre, Svovl syre, Base (KOH, NaOH) Ubehandlet Macerering Brikettering Extrudering
Gas potentiale halm/græs effekt af brikettering/extrudering 17
Gas potentialer i halm/græs innoculum spiller en stor rolle 400 BMP i halm BMP [L STP CH 4 /kgvs added ] 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 day Horsens (35oC) Bånlev (35oC) Foulum (53oC) Thorsø (53oC) 18
Gas potentiale effekt af brikettering og syre/base 19
Forbehandling Energi forbrug 160 Energy consumption Kwh/tonnes freshmatter 140 120 100 80 60 40 20 0 20 30 40 50 60 70 80 90 Dry-matter (%) Extrudation Mixing/dosing Total extrudation Briqeting Mixning/dosering Extrudering 20 Balle åbner Hammermølle Brikettering
21 Energi balance ved forbehandling
Økonomi ved anvendelse af tør græs
Foulum biogas plant primær og efter afgasning Thermophilic Thermophilic/mesophilic + 37% 0,5-5 m3/ton Thermophilic 53 o C HRT=13 days Mesophilic 25-30 o C HRT=40 days Psycrophilic 10-20 o C HRT=40 days Psycrophilic 0-20 o C HRT=100 days
Gødningsvirkning økologernes drivkraft Udbytte, hkg pr. ha 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 40 80 120 160 200 240 Kg N pr. ha Vårbyg Svinegylle Kvæggylle Afgasset enggræs Afgasset lupin Gylle, svin Gylle, kvæg Afgasset enggræs Afgasset lupin Tørstof, pct. 5,6 7,3 6,5 3,0 Total-N, kg/ton 6,0 3,3 3,8 3,0 NH 4 -N, kg/ton 4,5 1,5 2,0 1,9 P, kg/ton 1,1 0,5 0,6 0,4 K, kg/ton 3,4 4,4 2,3 1,9 NH 4 -N andel af total N, pct. 75 45 53 63 ph 7 7 7 7,5
Konklusioner Græs fra naturarealer er en interessant biomasse til at øge gaspotentialet på gylle baserede anlæg. Hvis græs kan leveres til en pris på op til 0,55 kr kg/ts kan græs konkurrere med majs til 1 kr/kg TS. Positiv økonomi i leverandørkæden forudsætter værdisætning af den økologiske gødning og/eller andre positive miljøeffekter. Ved kort opholdstid anbefales efterafgasning Forbehandling har en positiv effekt på håndtering/omrøring/gasudbytte Mekanisk og kemisk forbehandling kan kombineres med brikettering Foulum biogas anlæg har gennemført en succesfuld omlægning fra majs til vedvarende græs. Afgasset græs har høj værdi for økologer og kan medvirke til at økoligsk planteavl kan frigøres fra konventionel svineproduktion.
Tak for opmærksomheden 26