Dansk proces hiver ekstra gas ud af biomassen

CROWDSOURCING » Vil du være med til at bygge verdens bedste højttaler?

Spørg Scientariet » Hvordan kan man 'se' en partikelkollision?

Dansk proces hiver ekstra gas ud af biomassen

Ved at sætte et tredje trin i en biogasproces har lille udviklingsfirma øget gasudbyttet fra biomasse med 20-60 procent – alt efter om råvaren er slam, gylle eller halm.

Ved at opvarme biomassen/slammet mellem to udrådningstrin kan Westcome Renewable øge biogasproduktionen betragteligt, fordi hydrolysen gør biomassen mere tilgængelig for methanbakterierne. En specialudviklet varmeveksler medvirker til at mindske energi-forbruget i hele processen. (Grafik: Martin Kirchgässner)

Af Sanne Wittrup, lørdag 27. jun 2009 kl. 13:00

Biogasanlæg i dag udnytter typisk mellem 30 og 50 procent af energiindholdet i biomasse – enten det er husdyrgødning eller slam fra et rensningsanlæg. Men i virkeligheden er der mulighed for at nå op på 75-85 procent, mener udviklingsfirmaet Westcome Renewable.

Firmaet har udviklet et ekstra trin til biogasprocessen, hvor biomassen – efter besøg i første rådnetank – opvarmes til 75-80 grader, hvorved kemiske processer gør biomassen ekstra indbydende for methanbakterierne at gå i gang med.

Dermed øges biogasudbyttet i den næste rådnetank betragteligt, hvilket er nok så interessant set i lyset af regeringsudspillet Grøn Vækst, som har skubbet biogas helt frem på energiscenen.

Hos Energinet.dk, som har støttet et demonstrationsanlæg på et rensningsanlæg i Esbjerg, kalder man teknologien et godt bidrag:

»Vi skal have alle teknologispor i spil for at øge gasudbyttet af slam og biomasse, og vi ser klart et potentiale i den her teknologi,« siger forskningskoordinator Jeanette Møller Jørgensen fra Energinet.dk.

Selektiv hydrolyse hedder det ekstra trin, og ifølge direktør i Westcome Renewable, Niels Østergaard, er der tale om vandspaltning, der sætter en række kemiske processer i gang:

»Biomassens sammensætning afgør, hvor meget ekstra udbytte hydrolyse kan give. Størst er fordelen ved biologisk slam og halm og lidt mindre ved gylle,« forklarer han.

Erfaringerne stammer dels fra test i laboratoriet på Risø, dels fra et større gårdbiogasanlæg på Overgaard Gods, hvor processen er udviklet, installeret og testet på kryds og tværs.

En endelig afrapportering fra Overgaard kommer til efteråret. Og så bygger firmaet som nævnt også et hydrolyseanlæg ved Esbjergs Renseanlæg, som i forvejen afgasser slam i et biogasanlæg. Projektet er støttet med 6,1 millioner kroner af Energinet.dk.

Avanceret varmeveksler

Det nye procestrin kræver ekstra energi til opvarmningen til 75-80 grader, men her har Westcome Renewables udviklet en særlig effektiv varmeveksler.

Den arbejder direkte med biomasse-grøden, der via en række specialudviklede invertorer inde i vekslerens kanaler, kontinuerligt bliver vendt, således at biomassen kan afgive/optage mere varme.

»Ifølge vore beregninger skal vi netto i alt opvarme biomassen 10-15 grader for at køre det ekstra trin på 75-80 grader Celcius. Resten klarer vi ved at genbruge procesvarmen mest muligt via vore varmevekslere,« siger Niels Østergaard.

Han tilføjer, at på kommende store fællesanlæg skal gyllen hygiejniseres og derfor opvarmes under alle omstændigheder.

Han regner med, at en hydrolyseunit til et mindre anlæg vil koste 2-3 millioner kroner, men at den kan tjene sig hjem på fire år i ekstra gasproduktion.

I første omgang sætter det lille firmas fokus på at efter-installere hydrolyseanlæg på rensningsanlæg med biogasanlæg, som der er cirka 70 af i Danmark.

Til det formål har Westcome Renewable netop udviklet en mere enkel og dermed billigere udgave af sin hydrolyse-enhed. På rensningsanlæggene spiller det nemlig en stor rolle, at hydrolyseanlægget også kan fjerne ammoniak fra slammet, hvilket gør det nemmere at komme af med restproduktet.

Når det gælder biogas på husdyrgødning, anfører Westcome Renewable dog også, at hydrolysen kan gøre det meget attraktivt at tilsætte halm til gyllen og dermed booste biogasudbyttet. Ikke mindst fordi man har udviklet en metode med direkte indføring af halmen i gasreaktoren.

»Halm vil kunne erstatte det affald, som der er mangel på, og som traditionelt plejer at øge gasudbyttet,« siger han.

Hos Gascon - dansk biogasrådgiver og -leverandør - siger civilingeniør Kim Paamand, at det altid er interessant at hæve gasudbyttet pr. enhed biomasse, og at han bestemt tror på, at hydrolyse kan være ét af svarene:

»Men vi har endnu til gode at se teknikken demonstreret i fuld skala og dokumenteret af en uafhængig institution,« siger han.

Deltag i debatten (7 kommentarer) »

Kommentarer (7)

27. jun 2009 kl 21:54

Peder Stoholm

Kvælstof og energiudnyttelse

"På rensningsanlæggene spiller det nemlig en stor rolle, at hydrolyseanlægget også kan fjerne ammoniak fra slammet, hvilket gør det nemmere at komme af med restproduktet."

Jeg hører gerne lidt uddybende om, hvorvidt og hvornår mineralisering af organisk-N til ammonium-N sker i et sådant biogasanlægs 3 procestrin.

Og er det mon en mulighed at tilføje hydrolysen blot med henblik på ammoniumseparation, idet både tilførsel af fedtstoffer og den afsluttende udrådning helt eller delvist spares?

Måske foreligger der også info om, hvorvidt hydrolysen vil gøre det lettere eller sværere at separere de biologisk afgassede fibre?

Spørgsmålene skyldes, at jeg arbejder med termisk forgasning af bl.a. halm og separerede restfibre fra biogasanlæg. Set under denne vinkel er øget energiudnyttelse på biogasanlæggene ikke så vigtig, fordi den termiske forgasning alligevel vil udnytte fibrenes restenergi til kraftvarme (mendens P og K men ikke N opkoncentreres i asken).

Tørre brændsler som halm vil trods hydrolyse formentlig stadig kunne udnyttes mere effektivt ved (direkte termisk) anvendelse på kraftvarmeværker.

Mvh og på forhånd tak

27. jun 2009 kl 21:54

Peder Stoholm

Kvælstof og energiudnyttelse

(Dobbeltpost slettet)

29. jun 2009 kl 08:02

Niels Østergaard

Anaerob mineralisering af organisk N

Normalt finder den anaerobe mineralisering af organisk N sted forholdsvis tidligt i procesforløbet og under dannelse af ammonium / ammoniak. Især for bioslam er dette billede noget forsinket, da bakteriemassen i bioslam er "indkapslet" i en geleagtig masse, der i øvrigt også gør den vanskeligt omsætteligt. Selektiv Hydrolyse processen hjælper formentlig til ved at opløse inkapslingen, således at både denne og bakteriemassen kan nedbrydes til biogas.

Vi ved ikke, i hvilken udstrækning denne behandling bevirker en forbedret afvandelighed af slammet - men normalt vil en anaerob udrådning bibringe en betydelig forbedring af afvandeligheden.

Ved en velfungerende udrådning vil fedtstoffer stort set forsvinde i en første udrådning. Produkterne rækker fra forskellige flygtige fede syrer til biogas. Fordelingen afhænger af anlæggets funktion, og desværre fungerer mange biogasproducerende anlæg ikke optimalt. En optimering kan medvirke til en betydelig forøgelse af biogasproduktionen; i nogle tilfælde + 50% per m3 masse.

Når sådan en første udrådning fungerer godt er det ret simpelt at afdrive ammoniak. Vi benytter ikke kemikalier til processen - på den anden side er den endnu ikke afprøvet i fuld skala. I lab kan vi afdrive mellem 40 og 60% fra slam og betydeligt mere for gylle. Vi regner med, at vores senest udviklede system forbedrer dette en hel del, specielt i fuldskala.

Med halm ser vi et tilsvarende billede. Halm er langt hen ad vejen krystallinsk i strukturen, når det tilføres biogasanlæggene, og de anaerobe bakterier har ikke specielt let ved at bryde denne struktur. Efter hydrolyseprocessen er en betydeligt forøget del af den behandlede halm ganske let omsættelig, og vi har en klar forventning til, at en stor del af saltene i halmen inklusive organisk N er overgået i vandopløselig form.

Den behandlede masse, en blanding af gylle og halm er typisk som sort vand med partikler i. Massen lugter af ammoniak, mens gyllelugt næsten er elimineret. Massen, der hovedsagelig består af fibre / bakteriemasse er let at separere, og vi har erfaring med, at sådanne gylle / fibermasser er let at håndtere til afvanding - samtidig er afvandingsresultatet dog ikke impionerende - vi når normalt cirka 20% tørstof med Pieralisi centrifuge anlæg uden tilsats af kemikalier. Sådan en afvandet fibermasse vil i øvrigt ret hurtigt påbegynde en komposteringsproces og tage varme - dog ikke i tilnærmelsesvis samme udstrækning som en tilsvarende masse, der ikke er effektivt udrådnet.

Vores kunder, landmændene, noterer i stadig stigende udstrækning et behov for at levere humuseffekt til jorden - det har jeg ikke indsigt i, men jeg hører, hvad de siger. Ved en forbrænding / forgasning lades ikke humus eller kvælstof tilbage. Ved en effektiv anaerob behandling lades et humuslignende tørstofmateriale samt alle næringssaltene tilbage, og halm til biogasanlæg kan hentes lokalt, hvorfor der ikke er videre transport. Derfor hører vi også, at landbruget er ganske interesseret i vores proces. Samtidig er vores balancepris for halm god i forhold til prisen leveret til forbrænding.

Sammenlagt er det energimæssigt måske ikke så tosset endda, selv om selve biogasproduktionen målt som energi er mindre end ved forgasning / forbrænding.

Vi har ikke udfærdiget det fulde energiscenarium, skal jeg sluttelig notere.

Mvh Niels

01. jul 2009 kl 00:04

Peder Stoholm

Re: Anaerob mineralisering af organisk N

Mange tak for dine gode svar, Niels!

Men tager jeg fejl, når jeg tror, at kombinationen af simple(billige) men effektivt kvælstof-nyttiggørende biogasanlæg og efterfølgende termisk udnyttelse af restfibrene til kraftvarme også kan være interessant i de (mange?) tilfælde hvor (og/eller):
• Biogasanlæggets råvarer og/eller mangel på billige fedtstoffer gør det vanskeligt at opnå en høj biologisk baseret energiudnyttelse (trods effektiviserende hydrolyse/..?),
• der allerede er eller senere bliver behov for en regional omfordeling af P og K,
• det måtte vise sig ligeså jordforbedrende, mindre klimagas- (CO2, CH4 og N2O) emitterende, mindre lugtafgivende, mere energieffektivt og mere effektivt kulstofdeponerende at tilføre jorden såkaldt ”biokoks” frem for gødnings-/ og biogasrestfibre,
• der er behov for en termisk nedbrydning af sundhedsskadelige organiske komponenter (i primært spildevandslam mv.?)
• der er behov for at reducere tilgangen af tungmetaller til markerne. (Jeg ved ikke hvor langt man er med dette, men separation fra aske er formentlig lettere end separation fra biogasfibre).

Jeg synes at jeres løsning ser enkel og rigtig ud i de tilfælde hvor biogasanlægget kan stå alene, men i (bl.a.?) ovennævnte tilfælde bør I nok have med i kalkulationen, at muligheden for f.eks. gratis afsætning af biogasrestfibre til kraftvarmeværker falder med faldende brændværdi.

Jeg tror også, at du vil give mig ret i, at der er grænser for hvor mange procestrin mv., der kan betales med værdien af den biogas mv., der kan komme ud af at processere gødningen/ spildevandsslammet. Det vildeste jeg husker at have set foreslået er separation på gårde + et meget avanceret biogasanlæg + produktion af 2g bioethanol, brint mv. på biogasrestfibre (inkl. endnu et biogasanlæg) + separation af ethanolrestfibre + kraftvarme på ethanolrestfibre. Hvis en klog gris vendte sig om og så, at den havde givet anledning al denne virak ville den nok falde død om på stedet.

Hvis halm kan betales bedre end ved levering til kraftvarmeværker, kan det vel have noget at gøre med, at biogasanlægget forudsætter betaling (/underskud for ejeren) for modtagelse af væsentlig større mængder gødning og i givet fald er det måske mere fair, at sammenligne økonomien i at benytte begge brændsler på enten biogasanlæg eller kraftvarmeværker. Men måske er der ofte adgang til at benytte våd halm som kraftvarmeværkerne ikke vil modtage og det skal du så ikke høre noget for :-)

Mvh. Peder

01. jul 2009 kl 13:50

Niels Østergaard

Re: Re: Anaerob mineralisering af organisk N

I dag har en lang række biogasanlæg allerede et "efterafgasningstrin", der udmærket kan udgøre reaktortrin 2. Når fællesanlæg alligevel vil hygiejnisere, er en opgradering til Selektiv Hydrolyse processen en meget beskeden omkostning og en ganske stor energigevinst. - Du kan regne 3 til 4 gange op effekten af efterafgasning samtidig med, at hygiejniseringsprocessen er ulige effektiv.

Jeg ved ikke noget om biokoks - men jeg kunne frygte, at de indeholder komponenter, der er kondenserede / tjærelignende, som ikke dannes i jorden - eller i biologiske anlæg - under normale betingelser. Den store fordel ved de naturlige humusstoffer er deres kemiske egenskaber, og de forventer jeg ikke er "miljøfremmede" efter en anaerob udrådning. - Denne slags behandling har naturen selv udviklet for ganske mange millioner år siden.

Jeg skal ikke blande mig i ethanoldiskussionen - blot notere, at der findes udmærkede systemer til eftermontering i biler og lastbiler, så de kan køre på gas - også opredet biogas. - Måske dette er mere energieffektivt end at lave ethanol - enig i din betragtning om den stakkels gris !

Vores økonomiberegninger på halm er lavet på et simpelt grundlag: værdien af energiudbyttet som el og varme. Der er ikke indlagt betaling for sidegevinsterne i disse værdiberegninger, og alligevel er balanceprisen god.

Det koster cirka 1 m3 metan at lave et kilo ammoniak. Skal dette konverteres til urea, er der i det mindste behov for tekniske anlæg dertil, og i alle tilfælde vil denne type anlæg være bekostelige. Langt hen ad vejen må det være billigst at benytte næringssaltene lokalt.

Du kan have ret i, at forgasning / forbrænding kan være attraktiv i forbindelse med behov for langdistancetransport af næringssalte, og jeg forstår, at omkostningerne til at afsætte gylle / gyllefiber stiger noget med afstanden. Stadigvæk viser vores beregninger, foretaget i samarbejde med landbruget, at du skal køre godt over 50 km for at det kan betale sig blot at lave en fiberfraktion for at slippe af med overskudsfosfor. Det skyldes især, at modtager vil have penge for at modtage fiberfraktionen - løse et problem for trediepart.

Det er helt korrekt, at vi ikke har videre kvalitetskrav til halm, ligesom det ved helt lokal transport ikke er nødvendigt at presse halmen så hårdt. Vi skal blot kunne rive halmen op, så klarer vores patentanmeldte indføringssystem indføringen direkte i reaktortank. Det betyder, at vi på tørstofniveau så at sige arbejder op mod afgasset tørstofkoncentration i reaktortanken. Reelt giver dette mulighed for at tilsætte rundt dobbelt så meget halm, holde en uændret hydraulisk opholdstid i reaktortank og dermed bibeholde en høj bakteriekoncentration til effektiv nedbrydning af tørstoffet.

Om slam er det korrekt, at der kan være kedelige stoffer i slammet som tungmetaller og organiske miljøfremmede stoffer - men der er også tungmetaller i kunstgødning samt i de gødningsprodukter såsom (rå)fosfat, der udnyttes i landbruget som alternativ. Det er korrekt, at det især er kvælstoffet, vi fokuserer på, men vi har dog heller ikke cintring af de øvrige salte, hvorfor de er umiddelbart plantetilgængelige. Uanset dette har planter behov for at kunne koncentrere diverse metaller fra jorden, og vi har behov for at indtage sådanne også - alt med nødvendigt mådehold.

Som et integreret element i Selektiv Hydrolyse processen kan vi isolere ammoniak uden brug af kemikalier. Vi skal eftervise effekten i fuld skala til næste år. Denne ammoniak foreligger i en svagt basisk, hygiejniseret vandig opløsning, hovedsagelig som sulfid og carbonatsalte. På renseanlæggene er fjernelse af ammoniak meget energitung, så selv om rådnetankene kun leverer en mindre del af den samlede ammoniakbelastning på et renseanlæg, er denne mængde ikke kun betydende men også en udmærket potentiel "leverandør" af ammoniak til landbruget. - I praksis kan sådan en fraktion leveres direkte til gyllelager uden videre og opblandes, således at der opnås et fornuftigt N / P-K forhold i den blandede masse.

Stadigvæk kan forgasning / forbrænding vise sig at være et nyttigt tillæg den dag, vi har brug for at fragte næringssalte langt væk - hvornår må udviklingen i landbruget vise. Og halmen skal i sagens natur udnyttes til energiproduktion; ligegyldigt metoden er dette noget, som selv en jævnt begavet gris vil nikke anerkendende til - formentlig også selv om halmen ikke sammenblandes med dens efterladenskaber - hmmmm.

Venlig hilsen Niels

04. jul 2009 kl 17:00

Peder Stoholm

Re: Re: Re: Anaerob mineralisering af organisk N

Jeg er jo ikke biogaskyndig som du, men især hydrolyse før en allerede etableret efterforgasningstank og for samtidig hygiejnisering lyder da som en rigtig god idé.

Pyrolyse, forgasning og forbrænding er som bekendt også naturligt forekommende processer og under de mere velkontrollerede betingelser i hensigtsmæssige termiske anlæg kan vi faktisk i højere grad end under brande i naturen undgå dannelse af problematiske tjærestoffer. Indholdet af PAH i vores aske har i alle analyserede tilfælde været under grænseværdien for udspredning på landbrugsjord og der er ikke grund til at forvente et højere indhold af PAH i hensigtsmæssigt produceret biokoks.

Det var heller ikke min hensigt at gå ind i ”ethanol” i denne sammenhæng. Min pointe var blot, at der er grænser for, hvor meget serielt udstyr, det kan betale sig at stille op til den samme kg biomasse, men i dette er vi jo enige.

På lokaliteter hvor og så længe din forudsætning om, at næringsstofferne kan udnyttes lokalt reelt holder stik, er lokal udnyttelse nok det billigste, men vi kan vel blive enige om, at der er et behov for omfordeling af næringsstoffer og dette også ud over 50 km? I givet fald må det være i biogasanlægsejernes og –leverandørernes interesse, at der findes tekniske løsninger, der samlet set ikke belaster landmændenes økonomi unødigt, og som i stor stil kan bidrage til fortrængning af fossile brændsler.

Rent teknisk kan der godt gennemføres en effektiv termisk forgasning af biogasrestfibre med meget lavt resterende indhold af organisk materiale (vores hidtidige rekord er biogasrestfibre med 44% aske i tørstofdelen), men hvis et f.eks. endnu lavere organisk indhold i restfibrene betyder, at den videre termiske udnyttelse ikke kan betale sig, kan det jo resulterer i en øget udgift til biogasanlægget.

Jeg forsøger altså bare at sige, at i de tilfælde, hvor biogasanlæg alligevel ikke er den fulde løsning, så er der overordnet set ikke så meget grund til at tilstræbe en meget høj energiudnyttelse på biogasanlægget. Men det vil fortsat være godt, hvis biogasanlægget tager god hånd om kvælstof.

Det er også godt, hvis der med tiden kan leveres biometan til naturgasnettet og dets indbyggede lagerkapacitet, så en (gerne meget decentral og således godt restvarmeudnyttet) biogasbaseret elproduktion i højere grad kan reguleres og således hjælpe de biomasse- og affaldsfyrede kraftvarmeværker med at danne en stabiliserende rygrad i et fremtidigt elsystem med en stor svingende produktion fra sol, vind o.l.

Jeg mener at metan til transportformål er mere interessant end tilsvarende brug af brint, men set gennem samme energisystembriller som ovenfor (inkl. effektivitetsmæssigt) er el- og især batteribaseret transport endnu bedre. Så længe det i stor stil er nødvendigt at benytte fossile brændsler på kraftvarmeværker, bør vi generelt set afvente de mest effektive og elnetstabiliserende transportløsninger. Grundet bl.a. reduceret adgang til naturgas vil der være masser af afsætning for biogas til bl.a. kraftvarme.

Mvh Peder

06. jul 2009 kl 17:39

Niels Østergaard

Re: Re: Re: Re: Anaerob mineralisering af organisk N

Hej Peder

Enig.

Det er for mig ret klart, at der i udlandet er langt større transportproblematikker med overskud af husdyrgødning, end vi har i vores lille land. Det er mit indtryk, at der i Danmark i almindelighed er ganske gode muligheder for at levere gylle til agerjord lokalt - og at det mere er den enkeltes lyst eller tilladelse til at aftage, der er problematisk. - Det ville være rart at høre en udmelding fra landboforeningerne i denne sammenhæng.

Jeg kan nu godt li den med grisen - den kan ikke være helt utilfreds, den gryntende -

Hilsen Niels