publicerat_40.jpg

RKA 50 Processintern metananrikning vid gödselrötning- försök i pilotskala

Publikationstyp: Rapporter kretslopp och avfall
Författare: Johan Andersson, Henrik Olsson, Johnny Ascue, Gustav Rogstrand, Mats Edström, Åke Nordberg
År: 2014
Det finns en stor outnyttjad potential i att producera biogas från gödsel och annat organiskt material, men bristande lönsamhet gör att utbyggnaden går långsamt. För gårdsbaserad biogasproduktion är den dominerande avsättningen kraftvärme där gasens energiinnehåll omvandlas till el och värme. Låga elpriser gör det emellertid svårt att uppnå god lönsamhet för dessa anläggningar. En väg att gå för att uppnå bättre lönsamhet vid småskalig biogasproduktion är att förädla (uppgradera) bio¬gasen till fordongaskvalité. Det skulle till exempel kunna innebära att en del av den uppgraderade gasen skulle kunna användas för att driva gårdens egna arbets¬maskiner som idag drivs av fossil energi. För att nå dit krävs det bland annat ut¬veckling av uppgraderingstekniker som gör det lönsamt att producera fordonsgas vid småskalig biogasproduktion.

Syftet med detta projekt har varit att undersöka vilka tekniska, biologiska, kemiska och ekonomiska förutsättningar uppraderingstekniken processintern metananrikning har för biogasanläggningar som i huvudsak rötar gödsel. Processintern metananrikning går ut på att vid våtrötning cirkulera rötkammarinnehållet (slammet) genom en s.k. desorptionskolonn, där luft blåses igenom slammet för avdrivning (desorption) av löst koldioxid. Slammet återförs därefter till rötkammaren och resultatet blir att gasen ut från rötkammaren anrikas på metan. Metoden innebär fördelar gentemot de nuvarande kommersiella metoderna för avskiljning av koldioxid, genom sin enkelhet.

Försöken har utförts i pilotskala där biogas har producerats med JTI:s mobila biogasanläggning. Vid tidigare försök med processintern metananrikning (Nordberg m.fl., 2005) har metanförlusten från systemet varit ca 8 % av producerad mängd metan, vilket är för högt med avseende på förlorad energi och klimatpåverkan. Under detta projekt har dimensionering samt inställningar av parametrar valts med hänsyn till att kraftigt minska denna metanförlust. Målsättningen har varit att metanförlusterna ska vara mindre än 2 % samtidigt som god koldioxidavdrivning åstadkoms.

Resultat från försöken visar att metanhalten anrikats till 81 %, vilket innebär att 72 % av koldioxidinnehållet har avlägsnats genom desorptionskolonnen. Metanförlusten har vid dessa driftsförhållanden varit 1,8 % i medeltal. Genom att modifiera utformningen av systemet bedöms detta metanslipp kunna reduceras ytterligare, men det behöver verifieras i framtida studier.

Förutom att processintern metananrikning leder till avsevärt högre metanhalt i biogasen har uppgraderingstekniken även förmåga att reducera biogasens innehåll av svavelväte. Den ursprungliga halten svavelväte på 1100 till 1500 ppm har reducerats med mer än 80 % under försöken.

En annan positiv bieffekt är att ammoniak drivs av i desorptionskolonnen. Analyser har visat att det totala kväveinnehållet i rötresten har minskat med 11-21 % till följd av denna avdrivning. Det innebär att processintern metananrikning kan minska kvävebelastningen i rötkammaren, vilket kan leda till stabilare och högre gasproduktion om det initialt är hög kvävebelastning (Edström, 2013). Det öppnar även för att mer svårrötade substrat med högt kväve- och energiinnehåll, som kycklinggödsel, kan samrötas utan att kvävehalten blir för hög i rötkammaren. Genom att behandla svepgasen från desorptionskolonnen kan avdriven ammoniak samlas upp och ge ett högvärdigt växtnäringsmedium. Behandlingsmetoder och tester för att fånga upp ammoniak har emellertid legat utanför ramarna för detta projekt och behöver undersökas genom separata studier.

Utifrån empiriska data från genomförda försök har beräkningar gjorts där processintern metananrikning skalas upp till produktionsskala. De ekonomiska beräkningarna utgår ifrån en biogasanläggning med en rötkammare på 1000 m3 och som producerar 1000 m3 biogas per dygn. Desorptionsbehållaren är på 50 m3 och slam- och luftflödet är 26 m3/h respektive 1400 m3/h, vilket förväntas ge biogas med 80 % metan och metanförluster på under 2 %. Det totala investeringsbehovet beräknas till 1,37 Mkr för att bygga och driftsätta processintern metananrikning. Anrik¬nings¬kostnaden blir 0,14 kr/kWh biogas och det är lågt för att vara små-skalig upp¬gradering. Det ska dock påpekas att det handlar om uppgradering till 80 % metan, och för att kunna använda gasen till fordonsbränsle behöver gasen uppgraderas ytterligare. Inom JTI och SLU pågår utveckling av en annan uppgraderingsteknik som skulle kunna användas för att höja metanhalten efter processintern metananrikning till fordonsgaskvalité. Tekniken utgår ifrån att använda en bädd av träaska för att fixera innehållet av koldioxid och svavelväte i biogasen. Någon ekonomiberäkning av att kombinera processintern metananrikning och askfilter ryms dock inte inom detta projekts omfattning, men kommer att genomföras i ett parallellt EU-projekt under 2014.

Projektet har levererat resultat som gör det klart intressant att även undersöka möjligheterna att implementera processintern metananrikning på större biogasanläggningar. Svavelvätereducering är förenat med kostnader och kan stora delar av detta innehåll reduceras med processintern metananrikning ger det besparingar för anläggningen. Vidare medför tekniken att det frigörs kapacitet i befintlig uppgraderingsteknik, som därmed tillåter att biogasproduktionen kan öka på anläggningen utan att ytterligare kapacitet i uppgraderingsutrustning (utöver processintern metananrikning) behöver införskaffas. Dessutom kan kvävebelastningen sänkas och fler kväverika substrat (kycklinggödsel etc.) kan då komma att samrötas. Detta ger även möjligheter till att utvinna ett mer högvärdigt kvävegödningsmedel, som kan ge ökade intäkter jämfört med befintlig rötresthantering.

Ladda ner 860 KB

Tillbaka
Tipsa en vän
  |  
Senast uppdaterad: 2010-07-08

 

RISE, Jordbruk och Livsmedel | Box 7033 | 750 07 Uppsala - Växel: 010-516 69 00 | Fax: 018-30 09 56 | info@jti.se